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。     

爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究

考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程,基于Lagrange-Euler耦合算法,建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明:水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关,还取决于起爆距离及炸药当量等;隧道的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。     

爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究

考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程,基于Lagrange-Euler耦合算法,建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明:水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关,还取决于起爆距离及炸药当量等;隧道的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。     

乳化炸药空中爆炸冲击波衰减规律的研究

为了研究乳化炸药空中爆炸冲击波的衰减规律,利用空中爆炸测试系统测定了乳化炸药空中爆炸的冲击波超压。根据试验数据,提出了描述冲击波超压峰值与比例距离关系的修正经验式,并将试验数据和经验公式计算值进行了对比分析。结果表明:当比例距离z=L/W~(1/3)≤2.4时,修正公式与除Mills公式以外的其他经验公式吻合得较好;当z=L/W~(1/3)2.4时,修正公式与所有经验公式基本吻合。通过对比,乳化炸药空中爆炸修正经验式可应用于工程爆破实践,对于减少空气冲击波危害具有重要的理论和实际应用价值。     

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%。     

柱形爆炸容器内爆炸冲击波的传播规律研究

为了研究柱形爆炸容器内炸药爆炸冲击波的传播规律,利用空中爆炸传感器测量了不同药量和不同距离条件下冲击波压力时程曲线,发现实验测试值与传统的理论经验公式计算值存在较大误差。通过实验结果和理论分析,探讨了误差产生的原因,并对柱形爆炸容器内超压测试曲线出现多峰值超压的原因进行了分析。最后,基于实验测试结果及爆炸相似律原理拟合出适用于该环境下的冲击波超压计算公式,经过拟合修正后计算误差由70%~80%降至0.57%~15%。该研究可为爆炸容器的设计和应用提供理论参考。     

角联管网瓦斯爆炸冲击波与火焰波的传播特性

为了得出实际管网中瓦斯爆炸冲击波、火焰波的普适性传播特性,搭建了角联管网实验系统。通过平均升压速率和爆炸威力指数表征冲击波传播特性;通过火焰传播速率表征火焰波传播特性。结果表明:冲击波在角联管网中传播时出现了多次衰减与叠加,冲击波的正向传播和冲击波在管网所有互连管道中的反向传播叠加在一起,导致冲击波的传播呈现复杂无序状态。冲击波传播在不同的管道结构时,经过45°分岔管道时爆炸威力最大;在斜角联支管中,压力损失最大,超压爆炸威力下降幅度最大,火焰波传播速率最快;底部直管中的火焰波传播速率最慢。可为瓦斯爆炸灾害发生后应急救援方案的制定提供理论参考。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^(1/3)≤Z≤3 m/kg(1/3)≤Z≤3 m/kg^(1/3)之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^1/3≤Z≤3 m/kg^1/3之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

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。     

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.     

爆炸冲击波信号处理方法比较

空中爆炸冲击波的实测信号中,常有幅值很大的瞬时干扰信号,冲击波超压峰值的获取往往需要采用后期信号处理的方法。针对模爆器产生的爆炸冲击波超压的特点,采用"经验拟合"和"数字滤波"2种不同的处理方法进行信号的消噪处理,通过对试验测试结果的比较研究,肯定了传统的经验公式拟合方法在爆炸冲击波信号处理中的适用性。     

某炸药库内爆作用下坑道内隔爆防护墙厚度估算

文章以某炸药库安全评估工程的实际问题为背景,考虑到周围墙体的限制,坑道内的冲击波得以加强,以及附近坑道施工不受到影响为原则,通过数值模拟和简单公式,分析了10 t炸药库的爆炸破坏作用,提出了内爆作用下隔爆防护墙厚度的估算方法,并研究在一定的冲击波作用下隔爆防护墙的厚度,为安全评估提供参考。     

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。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究

采用缩比模型爆炸试验与数值仿真相结合的方法,开展了爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究。首先,选取具有代表性的某伪随机140面体网壳结构,开展了缩比模型爆炸试验,获得了表面特征测点的冲击波超压数据;之后,对比分析了试验与仿真结果的误差及原因,以试验数据为基础,建立了爆炸冲击波与某伪随机140面体网壳结构相互作用的数值仿真模型,并对空中爆炸和地面爆炸的3种不同距离共6种工况下,网壳结构的特征表面超压作用过程进行了计算和分析,拓展了试验结果;最后,对伪随机网壳表面冲击波超压分布规律进行了研究,并提出了增强网壳结构安全性的防护措施,为伪随机网壳结构抗冲击安全设计提供了参考。结果表明:与传统对称网壳结构相比,伪随机网壳在超压峰值分布规律和作用机制等方面都更为复杂,受到结构伪随机特性的影响,在相似位置表面,超压峰值也有明显差异;网壳迎爆面底部和中部超压峰值与其他部位相比,一般较高;在网壳外一定距离构筑防爆墙和加固网壳中部及底部节点的方法,可提升伪随机网壳结构的抗冲击安全性。     

The computer simulation of an explosive test rig to determine the spall strength of metals

Spall fracture is produced by a tensile wave after reflection of a compressive shock wave at a free surface. The original shock wave may be initiated by the detonation of explosive in contact with the material or by the impact of a high velocity projectile. An explosive test rig has been devised where a shock wave produced by explosive detonation is attenuated by propagation along a bar. The degree of spall fracture in a sample on the other end of the bar depends on the bar length. A computer simulation, using the EPIC-2 code, has been made and compared to published values of the free surface velocities for various bar lengths. Good agreement was obtained by careful choice of input parameters used in the γ-law burn of the explosive, and when correction of the experimental values was made for the change in free surface velocity that occurs when the material has a finite spall strenght. The computer simulation enabled extrapolation of the pressure values to be made to longer bar lengths, to obtain the limit of incipient spall fracture. Also, information was obtained on the shock pulse shape and the pressure distribution across the bar. The spall strength of a 6061-T6 aluminium alloy was found to be 1400 MPa, in good agreement with published values for a similar pulse duration.     

大爆破爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数值模拟研究

大爆破过程中产生的能量大部分作用在周围岩体破坏上，部分能量转化为冲击波在破碎岩块间传播，同时对已破碎的岩块再次产生松动破坏。应用流体力学方法，建立了以可压缩湍流流动为基础的爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数学模型。通过数值分析和模拟结果表明，破碎岩体的障碍物作用对爆炸冲击波的传播存有激励机制。岩石的破碎是由于冲击波和爆炸生成气体膨胀动力共同作用的结果。当冲击波在破碎岩块间传播时，湍流流动受壁面的影响很大。冲击波在通过孔隙后其波阵面的压力衰减程度较大。速度通过孔隙过程中增加的幅度较大，而温度的变化不明显。