爆炸冲击波在双层地铁站内的传播规律研究

地铁站为地下封闭空间,发生爆炸往往会带来灾难性的后果,易成为恐怖爆炸袭击的重要目标。为研究地铁站爆炸冲击波传播规律,本文利用AUTODYN软件,对一典型两层两跨地铁站进行了数值模拟,给出了地铁站内部不同时刻的冲击波压力云图,得到了不同爆心距位置的压力时程曲线,研究了不同起爆层、侧墙、结构柱和楼梯对冲击波传播的影响,分析了冲击波超压峰值的衰减规律。计算结果表明,炸药在地铁站内爆炸,其冲击波传播明显异于自由空气中。在爆心距较小位置,有更多持续时间较短的峰值;在爆心距较大位置,压力时程曲线相对平缓。爆炸冲击波在站厅层和站台层的传播存在差异,且受到侧墙、结构柱、楼梯的影响。侧墙使近区冲击波超压明显增大,结构柱让柱间狭长区域的超压峰值出现上下小幅波动,楼梯的存在增强了迎爆面前方一段距离的超压,削弱了背爆面后方的超压。     

爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行对比分析,发现不同学者对冲击波超压峰值和超压持续时间的预测结果存在不少差别,文中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TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果。故有必要对爆炸冲击波进行进一步的研究。     

车用CNG气瓶物理性爆炸能量及其危害研究

采用不同的方法计算气瓶物理性爆炸产生的能量,分析爆炸前气瓶容积、储气压力与爆炸能量的关系,研究自由场空气中气瓶爆炸产生的冲击波超压峰值与测点到爆炸点的距离的关系,得到气瓶物理性爆炸对人体产生不同程度损伤的作用范围,以及对汽车的危害程度.     

综合管廊在燃气仓内爆炸作用下的结构动力响应数值分析

利用LS-DYNA有限元软件,模拟了综合管廊燃气仓内爆炸的情况。通过改变炸药量,分析了城市综合管廊结构的破坏模式,超压与位移规律。结果表明,炸药量对燃气仓影响较大,对电力仓影响不大。随着炸药量的增大,综合管廊破坏越严重,且破坏处均为墙板交接处与混凝土板中间位置。综合管廊多数位置的超压时程曲线,位移时程曲线基本遵循随着炸药量的增加而增加,少数位置后半时程出现的差异与内爆过程中管廊墙板裂缝具有很大的关系。     

综合管廊内天然气爆炸对地面人体影响的数值模拟研究

结合综合管廊实例,运用Fluent软件进行综合管廊内燃气舱室爆炸模拟,研究综合管廊内燃气舱室发生爆炸时地面冲击波传播规律以及对人体的毁伤范围,提出运用泄压法减小爆炸对地面人体毁伤范围的相关内容。     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。     

地下综合管廊燃气泄漏爆炸后温度场及压力场影响研究

利用ANSYS Fluent软件建立内置障碍物综合管廊燃气仓模型,并使用均相湍流燃烧时均方程组、k-ε湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型对管廊内甲烷空气预混气体爆炸过程进行模拟,探讨管廊内不同火源位置对内置障碍物综合管廊燃气仓内爆燃过程的影响。结果表明,在管廊竖向方向,当点火源高度相对于障碍物高度越高,受障碍物扰动越小,火焰传播进程越快。在水平方向,点火源与障碍物间距越小,管廊内压力上升越缓慢,管廊内火焰传播速度越慢。     

TNT当量法估算地铁恐怖爆炸中的炸药当量

面对全球愈演愈烈的爆炸恐怖袭击,地铁隧道遇到的威胁越来越大。通过收集整理全球范围内针对地铁隧道的爆炸恐怖袭击事件,结合地铁隧道自身结构的特点和安全防范措施,给出在地铁内实施爆炸的爆炸物的特点和爆炸物TNT炸药当量的标准,利用爆炸冲击波峰值超压计算公式和标准TNT炸药表面爆炸空气冲击波曲线对相应当量爆炸物的超压进行计算,进而评价其杀伤力和破坏力。研究成果可为地铁结构应对恐怖爆炸袭击应急预案的制定提供依据。     

钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析

为避免或减轻爆炸冲击波对建筑物的破坏作用,对钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应进行了三维数值模拟研究。为分析防爆墙对爆炸冲击波的防护作用,提出了超压防护效应系数概念,分析了药量、爆距、结构高度等参数对组合结构防护效应的影响;给出了各比例爆距、比例墙高条件下防护效应系数的计算公式,得到了组合防爆墙背波面空气冲击波超压的预测模型。研究表明,比例爆距减小、墙高增大时,防爆墙对冲击波的防护效应增强。     

综合管廊燃气舱燃气泄漏模型实验研究

通过搭建管廊燃气泄漏实验台进行实验和数值模拟验证,对燃气在综合管廊内的泄漏扩散规律和燃气在管廊夹层中的积聚问题进行了分析研究。分析得出:用氖气代替燃气在空气中进行管廊燃气泄漏实验是可行的;泄漏的燃气在综合管廊内以波峰、波谷的方式向泄漏口两侧对称扩散;综合管廊在通风情况下,泄漏口至排风井处的燃气浓度先维持不变,之后随着时间的推移逐步降低;综合管廊通风时,管廊夹层不会出现燃气积聚的现象。     

地下空间爆炸冲击波传播规律研究

炸药在地下受限空间爆炸时产生的冲击波由于受到周围介质的限制,会发生反射和叠加,其产生的爆炸冲击波流场远比自由场复杂。考虑直墙圆拱形坑道较圆形坑道其爆炸冲击波传播规律更为复杂,以某大断面直墙圆拱形坑道为研究对象,采用三维多物质任意拉格朗日欧拉(ALE)算法,对冲击波荷载的分布规律进行了数值模拟,对比分析了不同炸药高度和药包形状对爆炸流场的影响规律。结果表明:坑道壁面压力峰值衰减曲线受壁面位置、装药形状及炸高情况影响较大,尤其在近爆区与目前所用的经验公式差异较大,但随传播距离的增加,衰减曲线趋于一致,在进行结构抗爆设计时需区别对待。     

燃气爆炸波在典型住宅内的传播与防爆厨房设计

基于数值分析方法,利用LS-DYNA软件建立了典型住宅的有限元模型。研究不同体积比θ的燃气爆炸波在住宅空间内的传播规律与超压荷载,分析砌体结构与钢筋混凝土结构厨房在燃气爆炸荷载下的动力响应与破坏形态,提出考虑防爆要求的防爆厨房并验证其防爆效果。结果表明：燃气爆炸波由厨房传播至客厅时超压峰值并未有明显减小。由于两侧墙体的反射作用,爆炸波传播至走道尽端时超压峰值会明显增加。钢筋混凝土结构厨房的防爆效果明显优于砌体结构,对有抗爆要求的厨房应优先采用钢筋混凝土结构形式。在钢筋混凝土结构厨房基础上设计出的防爆厨房可降低燃气爆炸波对厨房结构构件的破坏,阻止爆炸波进入住宅内部空间。     

燃气爆炸荷载作用下综合管廊破坏历程研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,结合MAT_72R3和HJC两种混凝土本构模型,建立地下综合管廊(有3个舱,电力舱靠左侧,综合舱居中,燃气舱靠右侧)三维模型,对燃气爆炸荷载作用下管廊损伤破坏历程和周围土体动力响应进行了数值模拟。研究结果表明:地下综合管廊结构的损伤破坏历程是由燃气舱局部损伤破坏逐渐扩展至综合舱和电力舱,燃气舱主要向四周扩张;管廊各测点在爆炸荷载作用下产生的最大水平位移均大于最大竖向位移;在爆炸荷载作用下,管廊燃气舱顶板的振动现象明显且速度呈现周期性衰减变化;由于燃气舱直接承受爆炸荷载作用,最大速度发生在燃气舱右侧壁测点。建议工程实践中在燃气舱和其他舱室之间设置一定的缝隙,以阻碍爆炸应力波向其他舱室扩展,从而避免其他舱室进一步发生破坏。在实际设计管廊时,应增强管廊的抗滑移能力。     

土体隧道结构的爆炸动力反应分析

本文通过建立土体隧道动力分析模型,综合考虑非线性动力方程的求解方法、材料模型的选取、爆炸冲击波的输入方法和收敛性及流-固耦合效应的实现因素,利用显式动力有限元程序ANSYS/LSDYNA进行数值模拟,探讨了土体隧道围岩和衬砌结构在爆炸作用下典型部位不同单元的位移和应力时间历程曲线,分析了爆炸作用下土体隧道围岩和衬砌结构的动力响应问题,从而为隧道的抗爆设防设计提供了参考依据。     

地铁站突发爆炸人员伤亡评估模型研究

地铁站空间封闭,人流密集,突发爆炸下易造成灾难性后果。选取武汉某典型地铁站为例,研究地铁站中突发爆炸时冲击波的传播规律,预测爆炸造成的人员伤亡区域。通过建立地铁站内部空间的流固耦合模型,研究了爆炸冲击波在站厅层的传播过程及衰减规律,探讨了地铁站内边墙、立柱、电梯井等边界对冲击波传播的影响。以爆炸超压伤害为判据,将地铁站中人员伤亡划分为死亡、重伤、中伤、轻伤和安全等5种伤亡等级。研究了地铁站厅层不同爆炸当量下造成的人员伤亡情况,在空间上划分不同伤亡程度的预测区域,建立了地铁站突发爆炸人员伤亡评估预测的数学模型。研究成果可为地下工程突发爆炸下的应急抢险提供理论和技术支撑,具有重要的理论意义和工程价值。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

爆炸波信号识别及其动力学过程的实验研究

通过测试到的不耦合装药加载条件下混凝土中产生的径向爆炸波信号分析,识别和分离了信号中的爆炸冲击波、应力波及爆生气体膨胀作用,并就各自作用时间、大小、衰减规律及爆后损伤开展了定量研究。结果表明:在同一测点处同时受到爆炸冲击波、应力波及爆生气体的共同作用,作用时间分别为3.5,3.3和16.6μs;爆炸冲击波表现为压应力,峰值在1000 MPa以上;应力波表现为拉压作用,爆生气体膨胀表现为持续的拉应力或压应力的准静态作用。爆炸冲击波应力峰值随距离呈非线性快速衰减,应力波和爆生气体作用正负应力峰值随距离衰减缓慢,混凝土中爆炸波作用分区与凝聚炸药爆轰结构的压力分布有关。爆后混凝土的损伤实验表明:爆炸除形成了通自由面的7条裂纹外,在炮孔周围形成了半径为12.5 cm的损伤区,且损伤阈值Dcri=0.2,与理论计算一致。     

厂房顶盖与侧墙耦合对天然气泄爆的影响

借助计算流体动力学技术,基于典型工业厂房尺寸,研究了天然气爆炸作用下厂房顶部与两侧墙体的耦合泄爆过程,重点考查了耦合泄爆产生的室内爆炸超压载荷分布特征。研究表明,顶部与两侧墙体耦合下,厂房内爆炸超压载荷普遍存在2 个较显著的超压峰值及多个振荡峰值,其中第一峰值超压主要取决于所有泄爆面开启压力中的最小值,受顶部与两侧耦合泄爆的影响较小;第二峰值超压受顶部与两侧耦合泄爆的影响较为显著,在仅有顶部泄爆时其值较小,在仅有两侧泄爆时其值较大,在顶部与两侧耦合泄爆时,在点火源对侧壁面处取得最大值。顶部泄爆能更有效地降低厂房内第二个超压峰值,但顶部泄爆面积对厂房内峰值超压及其到达时间的影响不明显。研究结论可为工业厂房泄爆安全设计及天然气爆炸事故的调查分析提供科学依据。