坑道内爆炸冲击波传播规律的研究

摘 要：炸药在坑道内爆炸将产生沿坑道传播的空气冲击波,冲击波与坑道壁相互作用,使得坑道内冲击波的传播规律明显不同于自由大气中冲击波的传播规律。使用有限元计算软件LS-DYNA对已有的坑道试验进行了数值模拟,通过数值模拟结果与试验结果数据比较,验证了有限元计算中所使用的计算模型和参数取值的合理性。利用数值模拟的计算结果,使用量纲分析理论,拟合了距离爆炸中心点一定距离处爆炸冲击波超压峰值的计算公式,并与试验结果进行对比,分析了该公式的适用性,为坑道中爆炸冲击波的传播规律研究提供了参考。
     

环境压力对自由场冲击波传播影响的数值模拟

为了研究环境压力对爆炸冲击波传播的影响,采用非线性有限元AUTODYN建立了TNT自由场爆炸的一维球对称楔形模型,对不同初始环境压力下的爆炸冲击波超压值和波阵面的运动规律进行了分析.结果表明:数值模拟很好地再现了自由场爆炸冲击波的传播过程;常压下的数值模拟结果与常用经典超压公式有所差异,所模拟的冲击波超压值与Henry...     

TNT装药爆炸波在刚性平面上方传播反射的数值研究

为研究爆炸冲击波传播和平面反射现象,运用显式非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对柱形TNT装药在刚性平面上方爆炸产生的冲击波的传播和反射进行了数值模拟,将数值计算结果与试验结果和公式计算值进行了对比,结果表明利用数值模拟能够较好地反映压力场分布情况及爆炸冲击波传播、正反射、正规斜反射到马赫反射的演变过程;研究了装药形状对反射平面测点超压的影响。     

爆炸冲击波在复杂坑道内传播规律的数值研究

研究二维爆炸流场中空气冲击波在复杂坑道内传播的机制.对多物质流采用Euler方法和NND格式,对爆轰产物采用JWL状态方程;自行编制二维爆炸模拟计算程序.试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸冲击波在坑道内传播的详细过程.结果表明:采用穿廊式出入口,可以削弱进入坑道内55%的空气冲击波强度;采用穿廊加扩散室可以削弱进入坑道75%的冲击波强度.     

坑道内挡板对化爆冲击波消减作用的数值模拟

在现代高技术战争条件下,精确制导武器在坑道入口附近爆炸,从而破坏防护门结构而使冲击波进入坑道成为可能。在坑道壁面的约束下,坑道内冲击波压力将衰减得很慢,且持续时间增加得很多。采用ANSYS／LA-DYNA动力有限元分析软件对常规武器在坑道内发生爆炸的工况进行了数值模拟,得出了坑道中冲击波峰值压力的衰减规律;提出了采用挡板对坑道中的冲击波进行消减的措施;进而研究了挡板的数量等参数对冲击波消减的规律。     

空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟

通过对空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的已有研究成果进行比较分析,发现不同学者对其预测结果存在一定差别,并据此拟合总结出能较好地描述冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式.同时用LS-DYNA动力有限元软件模拟了2种不同装药量条件下空气中TNT炸药爆炸产生的冲击波的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果,装药量大的模拟结果更接近经验公式预测值.有必要对爆炸冲击波的参数和经验公式进行进一步的研究.     

硬岩中爆炸冲击波衰减规律的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立了硬岩介质中装药爆炸的数学模型,对硬岩体中的爆炸冲击波的传播衰减规律进行了数值计算。数值计算模型计算得到的爆炸冲击波压力与经验公式计算的冲击波压力数据基本一致,验证了该模型的正确性。     

室内燃气爆炸冲击波的特性及传播规律

利用显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合方法分析可燃气体在室内爆炸冲击波的特性及对结构的作用。利用ANSYS建立有限元建模,燃气混合气体及空气采用欧拉网格,采用多物质ALE算法。分析可燃气体与空气的体积比、体积及爆炸泄压部位等改变时对爆炸冲击波的影响,选取9种工况进行数值分析。分析结果表明:当可燃气体与空气的体积比为9.5%时,产生爆炸冲击波压力最大。利用流固耦合的方法能很好地模拟爆炸冲击波的传播规律及对结构作用的过程。燃气在封闭空间里爆炸时,合理设置泄压口,能一定程度地减小爆炸冲击波对结构的破坏作用。     

复杂隧道中爆炸冲击波传播特性的数值模拟

炸药在隧道中爆炸时,由于受到隧道壁的限制,产生的空气冲击波的强度更大,危害更严重;同时隧道中的弯道、岔口影响着冲击波的传播。利用ANSYS/LS-DYNA对隧道中空气冲击波的传播进行了数值模拟,模拟结果与公式计算值基本吻合,验证了数值模型和参数选取的合理性。在此基础上,对冲击波在遇到转弯、岔口的情况进行了数值模拟,模拟结果表明,弯道可以削减10%～15%的超压峰值;岔口中主通道冲击波峰值为直通道的70%～80%,支通道为15%～25%。     

长坑道中化爆冲击波压力传播规律的数值模拟

为了对坑道中的防护门抗化爆冲击波效果进行有效的设计,首先需要确切知道通道中自由场压力的传播规律.基于Hopkinson比例定律,用LS-Dyna动力有限元软件模拟了常规炸药在坑道入口外爆炸情况下,长坑道中冲击波峰值压力的衰减规律.模拟结果与其它经验方法的预测结果进行了比较,可为进一步研究确定坑道中防护门上的化爆冲击波荷载及其防护技术提供依据.     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。     

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

坑道内爆炸冲击波相似律问题探讨

为研究坑道内爆炸冲击波相似律问题,进行了不同药量坑道堵口爆炸实验,并利用ANSYS/LSDYNA软件对原型坑道与模型坑道爆炸冲击波进行数值计算。结果表明:与自由大气中不同,同一坑道内不同药量爆炸产生的冲击波不符合爆炸相似律;若原型坑道与模型坑道几何相似,装药量之比为几何相似比的三次方,则原型坑道与模型坑道内爆炸冲击波符合爆炸相似律;坑道内爆炸冲击波数值模拟时,若原型坑道与模型坑道网格尺寸符合相应的几何相似比,则冲击波计算结果满足相似律,当坑道截面网格密度为1675~2977时可以达到计算精度要求。     

水底爆炸冲击波峰值压力数值仿真

为研究水底爆炸后冲击波峰值压力特性,在对其理论分析的基础上,采用了AUTODYN软件基于ALE和多物质场欧拉2种算法对炸药在水底爆炸冲击波压力进行了数值计算,2种方法计算结果吻合;与在无限水域条件下采用经验公式计算结果相比数值计算结果较大,说明海底的反射作用增大了水中的冲击波压力.     

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难.采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道衬砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式.     

固体火箭发动机结构意外爆炸的数值模拟与风险评估

针对固体火箭发动机装配作业过程中可能发生的意外爆炸事故,只考虑冲击波对人的伤害作用,利用显式动力学软件AUTODYN分别对单发产品与双发产品的爆炸过程进行了数值模拟研究。模拟过程中得到了三维空间压力与监测点压力随时间的变化规律。研究结果表明:单发产品爆炸时在X方向上与Y方向上的死亡半径分别为20.5 m和22.0 m,双发产品爆炸时在X方向上与Y方向上的死亡半径分别为24.0 m和32.0 m;死亡半径和冲击波超压的增长与爆炸产品数量的增长呈现非线性关系。     

直坑道内爆炸冲击波超压传播规律研究

为获得直坑道内爆炸冲击波的信号特征和传播规律,基于某基地已建成的爆炸坑道设施,通过进行多次TNT和温压药剂爆炸试验,并利用测试系统记录坑道内冲击波数据,分析了实测的冲击波数据和分类冲击波波形.得到了直坑道内爆炸冲击波传播的一般规律,和由实测数据拟合出的坑道内爆环境下不同药量的冲击波超压沿等截面直坑道传播的拟合方程,可为传感器选型及坑道内爆炸试验的威力评估提供依据.     

混凝土防爆墙对爆炸冲击波传播的影响

运用试验与数值模拟相结合的方法,对爆炸冲击波作用于防爆墙的荷载与冲击波绕过防爆墙的规律进行研究。采用压力传感器技术获得了防爆墙前后不同距离的压力时程曲线。基于ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了爆源附近有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。数值模拟与试验结果基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计提供依据和参考。     

坑道内典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了研究典型工业炸药在相对封闭的空间中爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学方法对3种典型的工业炸药(2号岩石硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药)在坑道内爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况进行了模拟计算,重点研究了工业炸药爆炸产生的超压与冲量破坏效应,并与传统高能炸药TNT进行对比分析。结果表明:2号岩石硝铵炸药爆炸产生的冲击波超压破坏作用和冲量破坏作用最大,乳化炸药次之,铵油炸药的破坏作用最小;爆炸均产生了明显二次超压破坏现象,其出现的原因是坑道局部出现冲击波聚焦现象;在高温灾害效应方面,2号岩石硝铵炸药的高温灾害效应最高,乳化炸药次之,铵油炸药最小。并将数值模拟结果与经验公式结果进行了比较,其吻合较好,证明了计算模型和参数选择的合理性。     

坑道口部内爆炸冲击波传播速度规律的数值分析

准确计算坑道口部内爆炸条件下冲击波传播速度的变化,是确定坑道内主动消波设备时间响应指标的关键。为此,基于AutoDyn进行5种不同工况的坑道内爆炸计算。采用量纲分析构建了冲击波传播速度的工程模型,通过对数值计算结果的拟合确定了模型的系数。与坑道化爆实验的实测值进行分析比较表明,所拟合的坑道内冲击波传播速度的经验模型最大误差为15%,作为一种工程方法而言具有较强适用性。