土壤層防護(hù)效果研究

謝永亮 崔守榮 王 超

（1空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場(chǎng)勤務(wù)保障系， 江蘇 徐州 221000；2中國(guó)人民解放軍72719部隊(duì)， 江蘇 徐州 221000）

1 數(shù)值模擬

1.1 LS-DYNA軟件

LS-DYNA是一個(gè)由DYNA程序發(fā)展而來(lái)的以顯式為主、隱式為輔的通用非線性動(dòng)力分析有限元軟件，本文主要工作是數(shù)值模擬爆炸沖擊波作用下防護(hù)結(jié)構(gòu)的隔爆性能問(wèn)題，而有限元軟件LS-DYNA恰可解決本文所提出問(wèn)題[1]。

1.2 材料狀態(tài)方程與模型

數(shù)值模擬所用的材料主要為T(mén)NT炸藥、空氣、鋼板、普通泥土。

數(shù)值模擬所用的TNT炸藥選用材料類(lèi)型8，采用JWL狀態(tài)方程，空氣采用氣體狀態(tài)方程來(lái)模擬，鋼板采用DYNA Johnson-Cook本構(gòu)模型進(jìn)行模擬，土壤應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系采用帶失效的土壤和可壓縮泡沫塑料模型[2-3]。

1.3 有限元模型

有限元模型尺寸：掩蔽物尺寸為100cm×100cm×100cm，普通鋼板為100cm×100cm×6cm，炸藥為：8cm×8cm×6cm，為了比較填入泥土后的影響效果，控制泥土層兩邊的鋼板尺寸為100cm×100cm×3cm，泥土夾層的尺寸分別為100cm×100cm×3cm和100cm×100cm×4.5cm。

2 計(jì)算結(jié)果分析

保持炸藥起爆點(diǎn)距下層鋼板底面距離不變，分別對(duì)6cm厚普通鋼板和含3cm厚土壤夾層的上下鋼板厚度均為3cm的組合結(jié)構(gòu)以及6cm厚普通鋼板和含4.5cm厚土壤夾層的上下鋼板厚度均為3cm的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬。

為考慮爆炸對(duì)結(jié)構(gòu)的最大影響，選取炸藥正下方處、下層鋼板背面的單元進(jìn)行分析，主要分析其在沖擊波作用下壓力、位移隨時(shí)間的變化，如圖1、2所示：

圖1 不同厚度土壤夾層結(jié)構(gòu)單元壓力時(shí)程圖

圖2 不同厚度土壤夾層結(jié)構(gòu)單元位移時(shí)程圖

2.1 壓力--時(shí)間圖分析

由圖1可知，對(duì)于無(wú)土壤夾層的普通鋼板防護(hù)結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值壓力達(dá)到了4.58×10-3MPa；對(duì)于含有3cm土壤夾層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值壓力達(dá)到了3.31×10-3MPa；對(duì)于含有4.5cm土壤夾層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值壓力達(dá)到了3.51×10-3MPa。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：相比于普通鋼板結(jié)構(gòu)，含有3cm土壤夾層的復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊波起到了一定的緩沖作用，而隨著土壤層厚度的增加，峰值壓力也隨之增加，緩沖效果反而降低。

2.2 位移--時(shí)程圖分析

由圖2可知，對(duì)于無(wú)土壤夾層的普通鋼板防護(hù)結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值位移達(dá)到了0.401cm；對(duì)于含有3cm土壤夾層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值位移達(dá)到了0.297cm；對(duì)于含有4.5cm土壤夾層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，沖擊波的峰值位移達(dá)到了0.357cm。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：添加土壤夾層確實(shí)對(duì)沖擊波起到了明顯的緩沖效果，但隨著土壤層變厚，沖擊波對(duì)鋼板造成的形變反而增加，緩沖效果降低。

3 結(jié)語(yǔ)

由上面不同厚度土壤層對(duì)爆炸沖擊波的衰減效果分析可得到如下結(jié)論：

（1）相比于無(wú)土壤夾層的純鋼板結(jié)構(gòu)，土壤夾層為3cm結(jié)構(gòu)壓力的緩沖效果提升27.7%，位移緩沖效果提升25.9%；當(dāng)土壤夾層厚度增加到4.5cm時(shí)，該結(jié)構(gòu)壓力的緩沖效果提升23.4%，位移緩沖效果僅提升11%，壓力和位移緩沖效果均不如3cm厚土壤夾層結(jié)構(gòu)。

（2）土壤層確實(shí)能夠?qū)_擊波起到一定的緩沖作用，但緩沖效果并不隨著厚度增加而線性增加。另外，考慮到結(jié)構(gòu)的整體性、靈活性和可操作性，對(duì)重點(diǎn)部位采用多厚的覆土防護(hù)還需根據(jù)綜合情況而定。

[1]時(shí)黨勇等.基于ANSYS/LS-DYNA8.1進(jìn)行顯示動(dòng)力分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：165-183

[2]智麗娜，趙倩，付瓊.炸藥輸出能量在鑒定塊中衰變過(guò)程的數(shù)值模擬[J].山西化工，2011，31（3）：22-27

[3]劉仁揮.彈體在土壤中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬分析.山西建筑[J]，2006，32（7）：30-37