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。     

防爆墙迎爆面反射压力系数计算方法研究

研究防爆墙迎爆面荷载计算方法有助于防爆墙的科学设计和合理使用。爆炸产生的反射冲击波压力是作用在防爆墙上的主要荷载,由入射压力和与相应的反射压力系数的乘积得到。论文针对墙体变形情况下作用于防爆墙上的反射压力系数的计算方法进行了研究,发现作用于墙体的反射压力系数和墙体变形没有直接关系。基于这一现象,将墙体变形和冲击波墙面反射解耦考虑,提出了反射压力系数的计算方法。论文对比了地面爆炸及近地表空中爆炸对墙体反射压力系数分布规律的差异,建议了近地表空中爆炸时墙体反射压力系数的计算方法。     

新型拼装式防爆墙研究的若干进展

为进一步改进防爆墙的机动性和抗冲击能力,首先总结了目前应用比较广泛的几种防爆墙的优缺点,在此基础上介绍了一种由焊接钢筋网和无纺布组成的模块化新型拼装式防爆墙的性能特点和应用前景。从有限元模型和理论计算两个方面阐述了该防爆墙抗倾覆稳定性的最新研究成果。该成果通过分析爆炸冲击波的超压与冲量关系曲线,认为临界状态对应的临界比冲量与墙体迎爆面所受的等效比冲量之比,即倾覆稳定性系数是决定墙体是否倾覆的关键参数,且该结论与试验结果相吻合。通过分析刚性墙体后的冲击波超压分布情况,认为有必要研究新型拼装式防爆墙后的超压分布情况,并进行安全距离评估,同时认为合理的墙体装配形式和较高的抗侵彻能力将极大的增加防爆墙的防护能力和应用范围。     

钢板夹芯防爆墙防护效应的影响因素

研究防爆墙的防护效应,使其更为有效地降低爆炸冲击波对目标的破坏作用,设计了钢板夹聚氨酯和钢板夹混凝土两种防爆墙。利用一维应力波理论分析比较了两种防爆墙的防护能力,借助ANSYS/LS-DYNA软件讨论了不同墙高、爆距及测距对防爆墙防护效应的影响。研究表明:钢板夹芯的防爆墙芯材刚度越小,防护效应越好,且芯材会影响高压区形成的位置;防护率与墙后测点并无明显的数学关系,但各点防护率都围绕某一固定值上下波动,且该固定值随墙高的增加而增大;防护率(均值)随着墙高的增加而增大,且增幅也随之增大;防护率(均值)随爆距的增大而均匀减小,且减小的幅度与墙高呈负相关。     

钢板夹芯防爆墙防护效应的影响因素

研究防爆墙的防护效应,使其更为有效地降低爆炸冲击波对目标的破坏作用,设计了钢板夹聚氨酯和钢板夹混凝土两种防爆墙。利用一维应力波理论分析比较了两种防爆墙的防护能力,借助ANSYS/LS-DYNA软件讨论了不同墙高、爆距及测距对防爆墙防护效应的影响。研究表明:钢板夹芯的防爆墙芯材刚度越小,防护效应越好,且芯材会影响高压区形成的位置;防护率与墙后测点并无明显的数学关系,但各点防护率都围绕某一固定值上下波动,且该固定值随墙高的增加而增大;防护率(均值)随着墙高的增加而增大,且增幅也随之增大;防护率(均值)随爆距的增大而均匀减小,且减小的幅度与墙高呈负相关。     

空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析

为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律,采用数值模拟方法计算了防爆墙在5、10、15和20kg四种药量TNT炸药爆炸冲击波作用下墙后压力流场的变化,分析了墙后发生的透射和绕射现象,比较了压力波形的变化特点,得到了墙后压力场变化分布规律。计算结果表明,柔性墙背后的压力存在两个主要峰值,分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。透射压力峰值由柔性墙体变形运动引起,并与墙体变形速率有关;绕射压力峰值由冲击波在墙顶绕射传播引起。透射压力与绕射压力的分布与变化规律不同,需区别对待分析。     

异型防爆墙抗空气冲击波的数值模拟

通过对比广泛认可的空气冲击波计算经验公式,验证了运用动力有限元软件AUTODYN 2D进行数值模拟计算冲击波问题的可行性与准确性;运用AUTODYN 2D计算了4种不同形式防爆墙在相同爆源距时各防爆墙的抗冲击波能力,其次计算了随爆源距的减小各种防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值,并对比分析了其变化趋势,得出4种防爆墙中(b)、(c)、(d)型防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值是随爆源距的减小而递增的,防爆效果较好。     

新型护栏型结构防爆墙设计与数值模拟

传统防爆墙主要依靠结构强度、延性和能量吸收来抵抗爆炸荷载,在设计时一般都体积庞大,不但增加建造成本,也不适合在城市地区应用,而且其抵抗重复爆炸荷载的能力较低。为了节省材料和建造成本,也为了更好的在城市地区应用,基于波的传播和干涉理论开发一种新型的防爆墙。通过在重要防爆区域放置护栏型结构柱,引起产生于相邻柱爆炸波的反射和折射以及反射和折射的相互作用,进而消减部分波能。运用AUTODYN-2D对护栏柱几何形状,间距,尺寸在减弱爆炸荷载的有效性方面进行了数值模拟。结果表明:新型护栏结构防爆墙可以有效地减少柱后的爆炸荷载,并且提出圆形和等腰之间三角形两种最有效的护栏柱配置方式。     

快速拼装式防爆墙消波性能试验研究

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明:作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级,比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大;有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压,防爆墙的消波效应可达50%以上;比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能,随着墙后比例距离的增大,消波效应系数逐渐减小。     

土工防爆墙倾覆稳定性分析

基于文献试验,建立了土工防爆墙倾覆稳定计算方法。假设墙体在水平均布冲击波荷载作用下绕墙趾产生刚体转动,分别得到了指数衰减荷载和瞬时冲量荷载作用下墙体转动线性微分方程的解析解和倾覆稳定系数计算公式,并采用Rung-Kutta法求解墙体转动非线性微分方程和倾覆稳定系数的数值解。对于文献中的两种土工防爆墙,解析解、数值解与试验结果比较表明:理论计算与试验结果吻合较好;可忽略冲击波加载时程和墙体转动微分方程非线性对倾覆稳定系数的影响,按瞬时冲量荷载下的解析解计算倾覆稳定系数,并取容许倾覆稳定系数为1.1。     

汽车炸弹爆炸作用下防爆墙防护效应试验研究

为了检验不同构筑方式的快速拼装式防爆墙组合防护性能,利用皮卡车承载602 kg TNT制作的汽车炸弹进行实爆来模拟恐怖袭击。试验表明:汽车炸弹爆炸对墙后目标的破坏作用主要是由于顶部绕射的冲击波造成的,其消波性能的主要影响因素是墙体高度,且当墙体布设高度大于2 m时,防爆墙的消波效应可达81%以上,同时,在墙后1～2.5倍墙高处增设一道消波墙,可提高防爆墙的消波效应;防爆墙对墙后活体目标具有较好的防护能力,能有效抵抗汽车炸弹的袭击损伤。     

汽车炸弹爆炸作用下防爆墙防护效应试验研究

为了检验不同构筑方式的快速拼装式防爆墙组合防护性能,利用皮卡车承载602 kg TNT制作的汽车炸弹进行实爆来模拟恐怖袭击。试验表明:汽车炸弹爆炸对墙后目标的破坏作用主要是由于顶部绕射的冲击波造成的,其消波性能的主要影响因素是墙体高度,且当墙体布设高度大于2 m时,防爆墙的消波效应可达81%以上,同时,在墙后1～2.5倍墙高处增设一道消波墙,可提高防爆墙的消波效应;防爆墙对墙后活体目标具有较好的防护能力,能有效抵抗汽车炸弹的袭击损伤。     

装配式组合防爆墙抗高速破片侵彻性能研究

为研究一种新型的装配式双层钢板组合防爆墙结构的破坏分级指标,依据CONWEP程序计算所得的不同恐怖爆炸威胁等级下破片的特征参数,采用LS-DYNA软件,对组合防爆墙及等厚混凝土结构抗单破片及多破片高速法向撞击时的侵彻性能进行对比研究,分析了破片在防爆墙中的侵彻过程,得到了4种类型破片法向撞击下两种防爆墙的破坏特征以及破片侵彻深度、速度、加速度等特性参数的变化规律.分析表明,组合防爆墙抗破片侵彻性能明显优于混凝土结构,在研究结构破坏分级指标时须考虑多破片的破坏效应.     

快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

为研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的侵彻爆炸性能,对快速拼装式防爆墙进行了野外现场枪击、炮击侵彻试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹对内填细砂的防爆墙进行近距离打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的有效防护能力。试验结果表明:防爆墙经常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹近距离打击后,墙体被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他部分保持完好,枪弹未穿透防爆墙,仅造成轻度侵彻;分别经瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹打击后,组合防爆墙整体均未见倾覆和明显倾斜,迎弹面部分墙体坍塌,土工布和钢网受损,部分填料塌落,防爆墙墙后未见弹片贯穿,仅对迎弹面一侧造成中度破坏;说明快速拼装式防爆墙能对常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。     

刚性防爆墙迎爆面荷载计算方法研究

防爆墙作为一种有效的防护措施在国内外重要工程中得到了广泛应用,研究防爆墙迎爆面荷载计算方法有助于防爆墙的科学设计和合理使用。该文采用数值模拟的方法,对不同倾斜角度刚性墙迎爆面压力荷载的计算方法及不同倾角墙体的抗爆效能进行了研究。分析了冲击波在垂直墙体、迎向以及背向炸药倾斜墙体上的反射、绕流以及荷载分布规律,总结出了不同工况时墙体荷载计算方法。研究发现背向炸药倾斜的墙体与垂直墙体以及迎向炸药倾斜的墙体具有几乎相同的防护效果,但墙体所承受的荷载要低于其他两者,合理的解释了工程中存在的防爆墙后倾现象的力学机制。     

快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

为研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的侵彻爆炸性能,对快速拼装式防爆墙进行了野外现场枪击、炮击侵彻试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹对内填细砂的防爆墙进行近距离打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的有效防护能力。试验结果表明:防爆墙经常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹近距离打击后,墙体被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他部分保持完好,枪弹未穿透防爆墙,仅造成轻度侵彻;分别经瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹打击后,组合防爆墙整体均未见倾覆和明显倾斜,迎弹面部分墙体坍塌,土工布和钢网受损,部分填料塌落,防爆墙墙后未见弹片贯穿,仅对迎弹面一侧造成中度破坏;说明快速拼装式防爆墙能对常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。     

防爆墙材料与结构研究进展

防爆安全是世界各国普遍关注的安全防护领域之一,简述了传统沙袋、钢筋混凝土、水体防爆墙的结构特点,重点介绍了高性能纤维材料、多孔材料、表面喷涂材料在新型轻质高强防爆结构中的应用研究,综述了每种材料在各自结构中所起的支撑、吸能、防破坏等作用,以及多层功能复合防爆结构与异形防爆结构的特点与研究进展。并依据防爆墙轻质高强、快速搭建的市场需求提出了目前研究与应用中存在的问题以及后续研究的重点环节。     

密闭空间内三种防爆隔墙的减爆吸能效应分析

通过墙体的变形来耗散爆炸能量,可以有效地减轻爆炸冲击波对目标的破坏作用。采用一维应力波理论分析比较钢板夹泡沫铝、钢板夹聚氨脂和钢板夹混凝土三种防爆隔墙的减爆吸能效应,并运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对三种墙体在爆炸冲击波作用下的减爆吸能效应进行数值模拟。研究结果表明:钢板夹泡沫铝的防护效应最好,钢板夹混凝土次之,钢板夹聚氨酯最差。防护效应随着测点到防爆隔墙距离的增加而增大。防爆隔墙的减爆性能不仅与防爆隔墙的变形程度有关,还与防爆隔墙的自身强度有关。     

基于P-I模型的爆炸载荷下波纹板防爆墙抗爆能力评估

以非线性有限元分析方法为基础,分析三种波纹板防爆墙在不同爆炸载荷下的动态响应及破坏机理,基于最大破裂应变准则,采用P-I模型,拟合三种类型波纹板防爆墙的抗爆评估P-I曲线,获取确定拟合不同防爆墙P-I曲线的统一经验方程形式,借助方差分析,进行波纹板防爆墙P-I曲线的参数影响性分析,基于最小二乘法,建立任意截面尺寸波纹板防爆墙P-I曲线的预测经验公式,结合实际案例,预测某截面尺寸下波纹板防爆墙的抗爆能力,并与实验实测值、单自由度理论模型进行对比。预测经验公式由于考虑应变率效应及局部响应效应,更具有准确性,其可用于快速、便捷地进行油气爆炸载荷下任意截面尺寸防爆墙抗爆能力评估,为工程人员初始抗爆设计、灾后后果评估提供参考。     

聚脲弹性体夹芯防爆罐抗爆性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三种防爆罐在1.2kgTNT爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了无夹层、聚脲弹性体夹层和橡胶夹层防爆罐的抗爆性能。分析了不同夹层对防爆罐整体变形的影响,并分析了聚脲弹性体和橡胶夹层的吸能特性。通过聚脲弹性体夹层防爆罐在爆炸载荷作用下的变形试验研究,验证了数值计算结论的可靠性。结果表明,在相同爆炸载荷作用下,无论是在变形还是在能量吸收方面,聚脲弹性体夹层防爆罐都要优于无夹层防爆罐和橡胶夹层防爆罐;冲击波在聚脲弹性体传播过程中衰减幅度最大。