分层介质中侵爆毁伤效应的相似模拟研究

The subject of penetrated explosion effects in multi-layerd geotechnical media, is a scientific problem based on the engineering background of ammunition attacking airport runway. Because of the complexity of the problem, the effect of explosion damage is usually studied separately, and the superimposed effect of penetrating damage is not always considered. The project attempts to conduct dimensional analysis and model tests, in order to investigate the penetrated explosion effect on runway, which is based on the penetration result. It will clarify scaling law of penetration process and explosion process in multi-layered media. Through the physical simulation tests of the composite effects of penetration and explosion in multi-layered media, the project will investigate the penetrated explosion effects on runway, and obtain the functional relationship between various factors and damage effect. Furthermore, the critical conditions of the maximum damage will be revealed， which could provide the basis for perfecting the assessment method of penetration and explosion damage. Generally, the results are of great significance to improve the assessment methods of weapon damage effectiveness, to promote the research on the damage effect of penetrated explosion, and to guide the engineering practice.

分层介质中侵爆毁伤效应问题，是基于弹药打击机场跑道工程背景提出的科学问题。由于问题的复杂性，目前多将爆炸毁伤效应单独进行研究，往往不考虑侵彻毁伤对爆炸毁伤的叠加效应。本项目拟采用量纲分析和模型试验手段，以侵彻毁伤效应为初始条件，研究爆炸毁伤与侵彻毁伤的复合效应。明晰分层介质中侵彻毁伤过程和爆炸毁伤过程的相似规律；开展分层介质中侵彻爆炸复合效应的物理模拟试验；以期研究武器当量、侵彻弹道以及介质特性对道面毁伤效应的影响规律，获取各影响因素与侵爆毁伤效应的函数关系，探索最佳毁伤效应产生的条件，为完善侵爆毁伤评估方法提供依据。项目预期研究成果对于推动侵爆毁伤效应研究和指导工程实践具有重要意义。

本项目揭示了武器当量、侵彻弹道以及介质分层特性对道面毁伤效应的影响规律，具有重要的工程现实意义。项目开展了爆炸波在不同土壤、不同含水率中的传播规律研究，得到了球形爆炸波在山砂、黄砂和黏土中的衰减指数，为分层介质爆炸毁伤效应的研究用了依据；为了研究覆板土中爆炸的响应特性，开展了8kg TNT 爆炸试验，得到了不同介质爆炸成坑特征、混凝土覆板毁伤情况以及其动态力学响应规律，为机场跑道面板的毁伤规律提供了参考；开展了混凝土靶体先侵彻后爆炸复合毁伤效应试验研究，研究了混凝土靶侵彻后形成的空腔和破坏区域对爆炸效应的影响，考虑了侵彻漏斗坑、隧道区长度、临空面以及结构损伤的影响，得出了混凝土分层介质的侵彻爆炸复合毁伤规律。具体结论如下：（1） 通过量纲分析和实验数据拟合，得到了描述侵彻后爆炸复合损伤效应的两个经验公式。通过实验数据验证了描述两个无量纲因素与爆炸坑之间关系的公式的正确性和合理性。得到的无量纲化半经验半理论公式，可以预测足尺弹体侵爆毁伤机场跑道的毁伤情况。（2） 侵彻引起的表面形态损伤和材料损伤特征是爆炸损伤的初始条件。无量纲冲击系数可以表征侵彻深度、侵彻坑体积和冲击载荷引起的材料损伤。侵彻深度和无量纲冲击系数大致呈正线性关系。侵彻坑体积随无量纲冲击系数的增大而增大，随无量纲冲击系数的增大而增大。（3） 无量纲冲击系数和无量纲爆炸系数可以确定爆炸坑的深度和半径。这两个无量纲系数包括弹丸动能、弹头形状因子、弹丸直径、爆速和装药质量以及材料强度。在相同装药条件下，在低无量纲冲击系数下，随着无量纲冲击系数的增大，爆炸坑的深度和半径都迅速增大。爆炸坑深度和半径均随无量纲爆炸系数的增大而增大，变化率随无量纲冲击系数的增大而增大。综上，该项目关于分层介侵的爆毁伤效应分析关成果，可为弹药打击机场跑道的火力筹算提供评估模型，可为机场跑道设计避免最不利毁伤提供理论参考，可为遭到打击后的快速抢修提供数据支撑。