响水化工厂爆炸TNT当量估算

为了使人们更清楚地了解爆炸的危险性,需要对爆炸事件的TNT当量进行计算,以2019·响水化工厂爆炸事件为例,对该爆炸事件的TNT当量进行了估算。在分析此次爆炸原因的同时,对比分析了多种TNT当量的计算方法,确定此次爆炸事故以建筑物的破坏程度计算TNT当量。根据爆炸事故现场建筑物的破坏情况,先确定出在爆炸周边不同距离处空气冲击波的超压范围,再运用萨道夫斯基公式计算出不同距离处不同TNT当量炸药爆炸产生的空气冲击波超压,将计算值与确定出的空气冲击波超压范围值进行对比,最终确定出爆炸事故的TNT当量。估算此次爆炸事故的TNT当量在400～500 t。     

基于爆炸现场破坏分析的TNT当量快速估算方法研究

综合多年一线反恐经验,针对自制爆炸装置的TNT当量估算展开研究。一方面,根据现场勘查得到的冲击波超压对人体的杀伤程度,并参考炸点位置和地质强度,计算得到爆炸物的TNT当量;另一方面,分析了在不同环境下(空气中、软性地面、硬性地面)爆炸后形成的冲击波超压△pm的计算公式,同时结合冲击波对现场的破坏程度,计算得到爆炸装置的TNT当量。最后,可由TNT当量以及现场判定的炸药类型换算得到自制爆炸装置的装药质量。该方法成功地在多次案例分析中得以运用推广。研究成果对于勘察已爆现场、侦破涉爆案件、指导公安反恐防爆工作具有重大意义。     

天然气爆炸效应及应用探讨

为防止天然气"井喷"发生蒸气云爆炸造成的伤害,运用TNT当量法估算爆源总能量,按爆炸冲击波超压值对爆炸伤害进行分区,经计算给出各分区的半径,认为天然气钻井中的最小安全距离为230 m.     

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。     

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道。利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形。通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征。试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍。利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99。表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力。     

水下爆炸冲击波的数值模拟与试验研究

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对小当量TNT炸药在无限水域内爆炸进行数值模拟,并将数值计算结果与实验室内实测数据以及传统的经验公式计算结果进行对比。分析发现:用传统的经验公式计算小当量TNT炸药在水下爆炸时的爆炸冲击波压力峰值,与实测值相比存在较大误差;运用有限元显式动力分析方法计算得到的水下爆炸冲击波压力峰值与实测值相吻合,并且水下爆炸冲击波波形相近。对数值计算值进行拟合得到水下爆炸冲击波压力峰值的计算公式,可以对同等条件下的水下爆炸试验进行估算。     

高含铝炸药爆炸过程中的能量分析

在野外静爆实验中,利用高分辨率、高精度冲击波超压系统分别测试了高含铝炸药和TNT的爆炸场冲击波超压,根据试验数据,计算该含铝炸药的爆炸场冲击波超压的TNT当量,利用TNT当量评价该高含铝炸药的威力,用能量反演方法分析该含铝炸药中可燃组分的反应程度和可能的反应模式,计算可得该含铝炸药爆炸反应释放能量的有效利用率为65.41％,为高含铝炸药配方优化设计提供新的研究方法.     

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.     

空气冲击波在爆炸塔有限空间内传播规律研究

为了研究爆炸塔内乳化炸药爆炸冲击波的传播规律,利用冲击波传感器对不同药量和不同距离条件下冲击波超压进行了测试。结果表明:空爆冲击波超压随着爆心距的增加而减小但并不是呈线性递减,并且随着药量的增大而增大;反射波平均超压约为入射波的1.2倍。通过比较实验测试值与传统的理论经验公式计算值,发现入射冲击波超压相对误差在5%～40%,主要因为乳化炸药的TNT当量系数选择偏小;而反射冲击波超压相对误差在50%～133%,其原因为传统的反射超压计算公式主要针对刚性壁面,但爆炸塔内地表和墙壁铺设的为多孔隙材料,具有一定的吸能作用,且雷管碎片及爆炸产物飞出影响爆炸塔内流场。最后,基于实验测试结果及爆炸相似律原理回归拟合出适用于爆炸塔的冲击波超压计算公式,经过拟合修正后平均相对误差约在12%左右。     

水下爆炸冲击波数值模拟的网格尺寸确定方法

网格尺寸对水下爆炸冲击波传播过程的数值模拟精度有较大影响,且不同当量下可接受的网格尺寸也有较大区别。通过研究不同比例爆炸距离处水下爆炸冲击波峰值、比冲量对有限元网格尺寸的依赖性,以“炸药半径与网格尺寸之比”作为网格尺寸划分依据,提出了一种对不同当量均具有较强适用性的网格尺寸确定方法;对数值结果的误差分析表明,采用炸药半径的1/3作为数值模型的网格尺寸,其计算精度可满足工程要求;同时通过对数值计算误差进行非线性拟合,得到了不同网格尺寸下冲击波峰值压力、比冲量的误差估计式,可为研究人员根据可接受的误差范围确定任意当量下合适的网格尺寸或估计数值计算的整体误差提供参考。     

JH-14装药水中爆炸特征研究

采用爆炸相似理论计算了JH-14装药水下爆炸冲击波的k值和峰值压力，根据计算结果设计了试验方案。测试了JH-14炸药在不同水深及作用距离处的冲击波峰值压力，用最小二乘法对测试结果进行线性回归，拟合出JH-14炸药爆炸冲击波超压系数k为57.01、α为1.131，该值可作为产品设计的依据。     

加油站埋地储油罐爆炸对盾构隧道影响的数值分析及处理措施

以武汉地铁某盾构隧道下穿加油站为背景,采用范登伯格和兰诺伊TNT当量法转换公式,确定了该加油站油气爆炸当量值为31.0 kg。利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对加油站埋地储油罐爆炸进行了仿真数值模拟,得到了油罐爆炸作用在隧道结构上的冲击波压力时程曲线和峰值压力2.7 kPa。同时,利用人防相关规范推荐的常规武器地面爆炸动荷载经验计算公式得到压力值为2.4 kPa。对比两种方法,结果表明:接触爆炸传播至隧道结构上的冲击波超压值小于3 kPa,对比结果基本一致,可通过合理结构设计满足爆炸荷载作用。最后,为降低地铁施工和运营风险,结合工程实际提出了相关保护措施,可为类似工程案例提供参考。     

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Henrych公式最为接近;在不同的初始环境压力下,同一测点的TNT超压值会随着环境压力的降低而降低,而波阵面的运动速度则会随着环境压力的降低而升高。当外界环境为绝对真空时,冲击波爆炸产物为介质传播,爆炸产物的传播距离与时间呈线性关系。     

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。     

烟花爆竹厂爆炸事故破坏效应评估

针对国内某烟花爆竹厂爆炸毁伤事故,在现场调查的基础上,对该爆炸事故的爆炸冲击波毁伤效应提出了若干分析计算模型。通过综合运用空气冲击波超压估算药量和抛掷距离核算药量的方法得到事故厂房单个工作间的存放药量约为4.3 kg,超过了单个工作间允许的最大存放药量4.0 kg。从而对事故酿成的毁伤结果给出了科学合理的解释。药量的估算方法可为类似事故的调查提供借鉴。     

汽车安全气囊爆炸威力的确定方法

安全气囊是一种汽车被动安全性保护系统,其中充填的化学物质能在车辆撞击事故中瞬间引爆并释放大量气体。安全气囊在制造、集中运输、集中存储、使用过程中经常发生意外爆炸事故,造成人员伤亡和设施破坏。为了准确计算汽车安全气囊的爆炸威力,基于典型气囊气体发生器的化学组成和爆热能量相似理论,提出了汽车安全气囊爆炸等效TNT当量的一种理论确定方法。结合安全气囊的三种爆炸反应方程式,确定了三种小型汽车典型安全气囊的等效TNT当量分别为32.6 g,37.3 g和31.6 g,平均TNT当量为33.8 g。基于计算结果,建立了等效的安全气囊爆炸有限元模型,通过将有限元计算结果与已有安全气囊爆炸试验结果进行对比分析,验证了该计算方法的可靠性和计算结果的准确性。     

燃料空气炸药爆炸压力场测试系统误差分析

结合燃料空气炸药武器野外爆炸试验的实际情况,运用误差理论,分析了自由场冲击波压力测试系统的误差传递规律,得到了冲击波超压的相对误差计算式。研究表明,用算术平均偏差估算FAE武器爆炸状态场冲击波侧向超压的测量误差比用标准差更切合实际。     

一起硝酸铵爆炸事故的爆炸后果评价

对一起硝酸铵爆炸事故的后果进行了评价。本文通过对硝酸铵爆炸冲击波超压、爆炸产生的振动和飞散物距离的计算,并对照现场实际的破坏情况,提出这起爆炸事故应主要考虑冲击波超压对人员和建(构)筑物的损伤和破坏作用,同时还应考虑爆炸振动和飞散物的影响。     

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。     

爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律

为研究爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律,利用LS/DYNA软件,采用欧拉耦合的方法,分析了TNT药量不同爆距相同、TNT药量相同爆距不同以及TNT药量相同墙厚不同的条件下墙体对环流超压的影响规律,且拟合出了不同TNT药量时墙后超压峰值公式,并通过防爆墙墙前、墙后超压值与已知试验值对比,验证了计算模型的正确性.结果表明:环流超压峰值随着TNT药量的增加而增加,随着墙体厚度的增加而减少,且其超压峰值出现在墙后约2倍墙高位置处;当爆距大于2.4 m时,环流超压的峰值先递增、后递减,最大环流超压发生在约2倍墙高位置;当爆距小于2.4 m时,最大环流超压向墙体移动,距离墙体后面1.0 m左右.验证了其绕射规律与已知研究结果的一致性.