爆炸场中三波点对冲击波压力测试的影响研究

在爆炸场冲击波测试中,传感器的安装位置相对于三波点的位置关系会直接影响冲击波超压的测试.采用AUTODYN对实测爆炸场环境建立1∶1数值仿真模型,对10 kg TNT当量下的爆炸冲击波数据进行获取,并利用实测数据与仿真数据进行对比分析.结果表明:爆炸冲击波三波点位置随爆心距离的增加逐渐升高,传感器安装位置位于三波点以上时,能测到冲击波的入射波压力和反射波压力,传感器安装位置位于三波点以下时,会测到一个峰值,此时测得的冲击波压力为马赫杆的压力,该压力大于入射冲击波压力.因此,在自由场压力工程测量中,传感器的安装位置要随着三波点位置的升高逐渐升高.     

基于双谱时延估计的爆心定位研究

爆心距是影响爆破振动强度的重要因素,对爆心的准确定位可获取更接近实际情况的爆心距,从而更加准确的对爆破振动质点速度峰值进行预测.基于现场的实测爆破振动信号,利用MATLAB软件编制程序,进行双谱时延估计仿真试验,验证了此方法对于爆破振动信号时延估计的可靠性.然后利用该方法确定不同传感器接收的爆破振动信号延迟时间,采用正...     

挡波墙对空气冲击波的削波作用研究

分析了挡波墙对空气中爆炸冲击波的削波作用.结果表明,在爆源周围修一定高度和厚度的挡波墙可以把空气冲击波在挡波墙之后一定距离内的峰值压力削弱20%～30%,同时用数值模拟的方法计算了冲击波与挡波墙相互作用过程,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展及整个传播过程的模拟结果.数值模拟结果与实验测量和经验公式计算结果基本吻合,可用来减轻意外爆炸对建筑物和人体可能造成的伤害及对可能发生的爆炸事故做出风险评估.     

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。     

黄土湿密度对爆炸挤密规律的影响研究

为解决既有高速公路黄土路堤因压实度不足而造成的沉降量过大问题,以用爆炸挤密技术加固河北北部某高速公路黄土路堤为工程背景,研究了黄土湿密度对2号岩石乳化炸药条形药包爆破对高速公路黄土路堤爆炸挤密规律的影响。首先用ANSYS/LS-DYNA根据典型沥青路面高速公路的结构组成和几何尺寸建立有限元模型,通过数值模拟研究得出爆腔体积、密度峰值点相对爆心距、塑性变形水平半径与药包半径之比与土壤湿密度皆呈二次函数关系,作用于炮孔壁的初始压应力峰值与土壤湿密度呈线性关系。并将研究结论成功应用于爆炸挤密高速公路黄土路堤施工技术方案中炮孔平面布局的制定。     

爆炸荷载下岩质边坡动力响应规律研究

为研究爆炸荷载作用下边坡岩体的动力响应变化规律,基于背景工程结合岩质边坡下部台阶爆破开挖进行现场振动监测,建立了岩质边坡动力响应数值计算模型,系统分析了边坡岩体质点峰值振速、应力场及位移场的变化和分布规律。结果显示:边坡坡顶处,质点峰值振速均随爆心距增大而衰减,且衰减速率随爆心距增加逐渐减小;边坡坡面上,相邻台阶上存在高程放大效应现象,局部放大系数达1.50;同一台阶外缘"鞭梢效应"显著,靠近爆源处台阶外缘质点峰值振速放大系数为1.46,"鞭梢效应"随高程增加逐渐减弱;台阶边坡坡脚处应力集中明显,坡形骤变对应力波动影响较大,受"鞭梢效应"影响,边坡台阶上质点峰值振速最大值与应力最大值出现位置无相关性。     

隧道瓦斯爆炸数值分析与爆源类型确定研究

以数值模拟方法研究工程中的瓦斯爆炸问题时首先需确定爆源,当前常采用等效TNT当量法与可燃气体法。建立流固耦合数值模型,通过对两爆源分别在自由空间、半自由空间爆炸作用下爆炸冲击波的传播特征与结构的动力响应进行分析,研究了两种爆源的爆炸特征。以洛带古镇隧道瓦斯爆炸致灾为工程背景,分析了在两爆源爆炸作用下衬砌结构的损伤特征,在TNT爆炸作用下衬砌结构近爆区损伤严重,远离爆心区域有少量损伤裂缝;在可燃气体爆炸作用下衬砌结构遍布裂缝损伤较均匀。经比较,可燃气体法模拟爆源的数值计算结果与隧道实际损伤情况基本一致,说明以可燃气体为爆源时更能真实反映隧道衬砌结构损伤特征,表明研究方法合理、计算参数取值可靠。     

基于体积填充法的弹体侵爆一体毁伤效应研究

弹体侵爆一体试验很难区分侵彻和爆炸两种荷载的毁伤权重，目前亦未有较成熟的方法模拟弹体侵彻动爆一体的全过程。针对此问题提出一种基于体积填充法的弹体侵爆一体数值模拟方法，在背景网格中通过体积填充生成炸药材料，同时赋予其与弹壳相同的初始速度，设置流固耦合算法约束弹壳与炸药协同变形和运动，同步侵彻目标介质后静态或动态起爆炸药。利用经验公式对惰性弹侵彻过程进行了模型验证，完成了侵彻静爆一体和侵彻动爆一体全过程数值模拟，给出混凝土介质内部压力场、表面成坑和成坑深度的变化规律，量化分析了侵爆一体过程中侵彻和爆炸两种荷载的毁伤权重。结果表明：当侵彻静爆一体时，目标介质内未消散的侵彻波场会与爆炸冲击波场叠加，其压力峰值较侵彻后装药静爆的单一爆炸波场有所提高，但不明显；当侵彻动爆一体时，炸药的动爆效应使得介质内爆炸冲击波场呈现出不规则的球形分布，速度方向峰值压力提高20%以上，在固定着靶速度的情况下，起爆时间越晚，表面成坑越小，成坑深度越大；在固定起爆深度的情况下，着靶速度越大，表面成坑越小，成坑深度越大。     

土介质挡墙对爆炸冲击波衰减规律研究

为了研究土介质对爆炸冲击波的衰减作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对含土介质密闭容器内炸药爆炸进行了数值模拟.采用SPH-FEM耦合算法建立不同厚度(15、18、21、24、27、30 cm)、不同距离(10、20、30、40、50、60 cm)工况下的计算模型,对比分析了容器内空气冲击波峰值压力、到达时间及土介质破坏过程等指标.结果表明:挡墙距爆源40 cm,厚度24 cm时,爆炸冲击波峰值压力平均衰减率为72.25％,平均衰减率增量为2.75％;挡墙厚度24 cm,距爆源10 cm时,空气准静态压力衰减率为44.44％.爆炸冲击波能量衰减量随着挡墙厚度的增大而增大,随爆源距的增大而减小.     

高陡边坡动力响应研究

为研究爆破荷载作用下高陡边坡的动力稳定性问题,依托国家高山滑雪中心(延庆赛区)索道平台处边坡爆破工程,在现场监测的基础上结合数值模拟对爆破破岩过程中边坡的速度场、应力场和位移场进行了研究。研究结果表明:对于边坡坡顶平面,随着爆心距的增大,质点振速峰值呈现衰减趋势,一定范围内V_(垂向)V_(径向)V_(切向),质点垂向振速主频主要集中在0～50 Hz范围;对边坡坡面,随着爆心距增大,质点振速、位移总体呈现衰减趋势,台阶处受"鞭梢效应"影响,产生放大效应,并且具有方向性;台阶处应力峰值与振速峰值并非在同一位置出现,岩体边坡的岩体边坡的稳定性应综合考虑振速峰值大小及应力是否超过岩体的抗拉强度来判断。     

爆炸荷载作用下礁砂地基信号塔位移特性试验研究

开展吹填礁砂地基上高耸结构物在爆炸作用下的稳定性研究,对钙质砂地质中的工程建设具有重要的理论意义和参考价值。针对此问题,采用高速摄影技术,进行了礁砂地基信号塔的爆炸动力响应试验研究,改变药量、爆心距和地基含水率等影响因素,动态捕捉信号塔不同特征点位移大小,分析其位移时程曲线特征及峰值的变化规律。试验结果表明:药量Q和地基含水率ρ对信号塔位移峰值影响较大,药量从50 g增加到150 g,信号塔位移峰值增幅为150%～170%,全饱和砂较干砂地基上信号塔的位移峰值增大了105%～135%;信号塔位移峰值随着爆心距R的增加呈下降趋势,地基中爆炸应力波的衰减速度随爆心距的增加逐渐趋缓,且爆炸地震波在信号塔上传播有高层放大效应;竖直方向的位移峰值均大于水平方向的位移峰值,在实际工程中应加强礁砂地基对结构物的竖向约束。     

泄压与隔爆联用的粉尘爆炸压力特性

作为目前市场上运用最广泛的隔爆产品,隔爆翻板阀一般与泄压板联用,以防止粉尘爆炸传播。为了探究粉尘爆炸时泄压与隔爆联用对容器内压力及隔爆效果的影响,进行了工业规模的粉尘爆炸实验。实验结果表明:由于隔爆翻板阀的影响,容器内部出现了二次峰值压力;随着隔爆翻板阀安装距离的增加,容器内两个峰值压力的时间间隔从28.2 ms增加到62.3 ms,且到达隔爆翻板阀前的峰值压力从0.067 MPa上升至0.101 MPa;泄压面积的增大会导致容器内部和隔爆翻板阀前端峰值压力降低,并可能导致隔爆失败。     

多弹重复爆炸下侵彻通道内碎屑运移特性研究

为了增加钻地武器的侵彻深度,提出一种"串联式"多弹连续爆炸作用方式。在单发弹静爆试验的基础上,拟合出多弹爆炸的周期性爆炸荷载曲线。通过FLUENT软件与EDEM软件耦合数值模拟可知,侵彻通道深度1 m时周期性爆炸荷载作用下碎屑的运移能力得到增强,同时进一步研究了介质碎屑运移特性的影响因素。仿真结果表明:介质碎屑的运移能力与爆炸荷载峰值成正比,与碎屑粒径及弹体偏离钻地通道轴线距离成反比。     

掏槽孔爆破引起的围岩动力响应研究

通过数值模拟,研究了掏槽孔起爆时开挖隧洞围岩的动力响应规律,得到了不同爆心距处围岩的峰值振速分布规律,以及爆破振动峰值振速在不同部位的衰减规律.研究结果与试验结果类似,说明应用数值模拟方法研究隧洞爆破开挖对开挖洞室的影响是可行的,所得结论可以作为实际工程的参考.     

某型云爆弹爆炸地震波测试方法研究

爆炸地震波对于评估弹药的毁伤威力具有极其重要的意义,为了测试云爆弹爆炸后产生地震波的振动强度,需要设计合理的测试方案,准确测量弹药爆炸后地震波的数据,并分析其衰减特性,从而得到爆炸地震波分布规律.该论文在实际的爆炸场环境中,采用相应的地震波传感器及测振仪,按照合理的测试方案,测试弹药爆炸产生的地震波,并对数据进行分析,分析结果表明:云爆弹在爆炸时产生的地震效应非常强烈,并且随着距离爆心距离的增大,地震波的衰减速度也明显加快;利用质点振动速度理论公式对实测地震波进行拟合分析,拟合函数关系式在反映爆炸地震波的振速分布状况中与实际测试数据对比具有良好的一致性,可以将其运用到爆炸场毁伤测试中,为测试数据的准确性提供理论评判依据.     

引水工程水下钻孔爆破水击波特性

为了深入研究水下钻孔爆破荷载作用下的水击波传播特性，以桂林市第二水源工程-引水工程项目为背景，采用动力分析软件COMSOL多物理场耦合模拟方法，建立水下钻孔爆破数值分析瞬态求解模型，研究爆炸荷载作用下的水击波等值面、水击波峰值应力及振动速度传播规律，并结合现场监测结果进行评价。研究表明：水下钻孔爆破荷载作用产生的水击波实质是以爆破点为中心向四周传播，水击波等值面随时间推移由规则圆球形向非规则椭球形演化；水击波在水中传播过程中快速衰减，随水介质速度阈值增加，水击波作用区域影响范围较小；水击波应力传播在爆破分段延时情况下的不同位置具有叠加效应，存在多个峰值，随爆心距的增加呈指数衰减规律，当爆心距越小，水击波峰值应力下降速度越明显；水击波振动速度随爆心距的增加呈指数衰减，当爆心距从28 m增加到108 m,水击波峰值振动速度衰减率达到96.3%,对构筑物影响甚小，同时水击波达到峰值速度出现的时间随爆心距的增加逐渐增大，表现出同步性。研究成果对理解水下钻孔爆破振动响应以及为类似工程经验积累及其爆破安全预防提供指导。     

爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波传播规律

为了研究爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波的传播规律,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合将覆土库结构破坏与冲击波传播先后模拟的新手段,对覆土库外部距爆心比例距离小于15 m/kg~(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg~(1/3)范围内,随比例距离的增大,在60°和90°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从87.63%降到26.39%;在135°和180°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从81.19%降到1.39%。随着测点距爆心比例距离的增大,冲击波峰值超压呈指数型衰减,冲击波到达时间呈线性增加。     

黄土中爆炸空腔体积规律的数值模拟

黄土中爆炸成腔的大小与黄土参数具有密不可分的关系,其中黄土的天然密度和含水率是主要影响因素。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行三维建模,模拟黄土中爆炸成腔的过程,与黄土中爆炸试验结果进行对比,从空腔体积、峰值应力、爆后土体密度3个方面验证数值模拟的可行性。以土体天然密度和含水率作为影响因素,对黄土中爆炸空腔的体积规律进行数值模拟研究,得到三维拟合规律,发现天然密度对爆后空腔体积影响较大,含水率对其影响较小。     

不同长径比柱形装药水下爆炸冲击波演化规律

为分析药柱形状对水下爆炸冲击波演化的影响。针对圆柱形装药中心起爆问题,在理论上建立了炸药与水交界面上初始冲击波压力及其传播方向的二维计算方法,借助于AUTODYN有限元计算程序开展了长径比1:2～10:1的圆柱形TNT在无限水域爆炸的数值模拟,并开展了长径比为1:1和2.6:1的圆柱形TNT的水下爆炸试验;对比理论、仿真和试验结果,验证了理论模型的合理性和数值模拟的有效性,分析了柱形装药水下爆炸冲击波的传播规律,重点分析了药柱长径比对不同爆距处冲击波压力分布及传播方向的影响。结果表明：圆柱形装药水下爆炸后,冲击波波阵面逐渐从柱形趋向椭球型再趋向球型,当冲击波传播至10倍无量纲爆距时高压区的转移结束;当长径比大于1:1时,炸药轴向(端面)的冲击波压力衰减速率大于径向(圆柱面)的衰减速率,冲击波峰值压力随着方向角的增大而单调增长;在1:1～5:1的长径比和20倍无量纲爆距范围内,增大药柱长径比可定向增强炸药径向的冲击波压力,药柱的形状对冲击波压力分布影响随着爆距增大而减小。     

基于密闭空间内爆的核爆冲击波载荷模拟试验和数值计算方法EI北大核心CSCD

为探索核爆载荷的模拟试验与数值计算方法,通过在密闭爆坑内均匀布置导爆索,利用小药量导爆索爆炸形成均匀的内爆炸压力载荷(平面波)模拟远距爆炸的核爆冲击波载荷,测量了爆坑底面对称布置的4个测点的压力载荷,分析了其载荷特征,并在考虑装药后燃烧效应影响的基础上,采用有限元方法对试验进行了数值计算分析。研究结果表明:试验与数值计算结果吻合良好,冲击波峰值超压偏差在10%以内,准静态压力峰值最大偏差5.7%;密闭爆坑内小当量U型导爆索爆炸下各测点压力载荷呈现较好的一致性,且能有效形成平面长脉宽冲击载荷,与核爆载荷特性相近。