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。     

爆炸冲击波传播的数值模拟与试验数据对比

针对爆炸冲击波在坑道自由场传播的试验，建立了相应的有限元模型，运用大型有限元软件争DYNA进行了数值模拟。并与试验数据进行了对比，得出了数值模拟方法可行的结论，为今后研究坑道自由场爆炸冲击波的传播规律提供了理论依据和计算方法，同时也为坑道防护设计提供了参考依据。     

爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律研究

地铁是重要的生命线工程,具有造价高、使用周期长、运行期间内部人员密集等特点,极易成为恐怖爆炸袭击的目标。炸药在地铁隧道内爆炸产生的冲击波由于受到地铁内衬砌的限制,会发生反射和叠加,其超压峰值远远大于自由场中的峰值,冲击波的传播过程也会更加复杂。为了探明爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律,以南京地铁隧道为例,利用LS-DYNA动力分析软件,采用流固耦合算法,对10 kg TNT炸药在地铁内的爆炸过程进行数值模拟,分析爆炸冲击波的传播过程,得出沿地铁隧道纵向超压的衰减规律,研究成果可为地铁隧道防恐怖爆炸袭击应急预案的制定和政府决策提供依据。     

坑道内爆炸波的传播规律研究

为了进行坑道内爆炸防护的研究,采用有限元软件LS-DYNA对带拐角的坑道内爆炸效果进行数值模拟,计算结果和试验结果基本符合。研究了直坑道内平面爆炸波的形成过程,利用坑道顶部和底部压力平衡的方法,总结了坑道内平面爆炸波的形成规律。利用自由场空气爆炸波超压经验公式和总能量相似律,修正了计算坑道内爆炸波压力衰减规律的计算方法,新方法得到的结果和试验结果符合较好。对坑道内爆炸波的传播规律的研究可以为地下空间爆破施工安全以及地下工程的防护设计提供理论依据。     

一种新型防护结构对爆炸冲击波的衰减研究

运用大型有限元软件LS-DYNA,在相同爆炸冲击波作用下,对坑道口部普通钢板防护门前面不设置泡沫铝缓冲层和设置泡沫铝缓冲层两种情况分别进行了数值模拟和对比分析,结果表明：泡沫铝缓冲层对爆炸冲击波峰值压力有着良好的衰减特性,对坑道口部抗爆炸冲击波设计有着一定的参考价值。     

地铁车站内爆炸激波传播的数值分析

为研究地铁车站内发生化学爆炸时爆炸激波传播规律,针对典型地铁车站内结构尺寸,利用动力学软件ANASYS/Ls-Dyna14.0进行结构建模,模拟了固定装药量下TNT爆炸时车站内部爆炸激波传播过程,得到了典型地铁车站内爆炸激波超压衰减规律:冲击波初期传播态势紊乱,在传播距离20m以后,呈现平面波特点;爆炸激波在距离爆心5m以内衰减迅速,距离爆心20m以外激波超压峰值衰减缓慢。     

爆炸冲击波在建筑群中传播规律的数值模拟

炸弹袭击是恐怖主义袭击的重要手段之一,为了研究建筑群的布局特性对爆炸冲击波传播的干扰作用及爆炸冲击波对周围环境的影响,基于任意拉格朗日多物质流固耦合算法,利用LS-DYNA程序对TNT理想爆炸源的爆炸进行了数值模拟。并以一个小区建筑群为例,对其遭受爆炸后的响应作了模拟研究,提出建筑物密度对爆炸场有显著的影响效果。     

坑道截面积对防护门上爆炸冲击波影响研究

采用大型有限元软件LS-DYNA进行了爆炸冲击波的数值模拟,分析对比当防护门与爆心之间的距离一定时,相对于无限自由场条件,坑道的截面积对防护门上爆炸冲击波荷载的影响,通过仿真计算,得到了考虑坑道截面积的修正方法。     

不同胞孔泡沫铝对爆炸冲击波的衰减研究

运用LS_DYNA对三种不同胞孔形状的泡沫铝在爆炸载荷作用下冲击波的衰减规律进行数值模拟研究,得到了不同位置的应力波形曲线,表明冲击波应力随传播距离的增加,应力波峰值迅速衰减,且应力峰值随传播距离呈指数规律变化,但闭孔泡沫铝衰减冲击波性能要优于开孔泡沫铝,爆炸冲击波的传播速度随时间增加呈线性衰减。     

空间高度对球面网壳结构内爆炸响应的影响

基于修正后的Johnson-Cook材料模型,应用ANSYS/LS-DYNA建立K8型单层球面网壳计算模型,对内爆炸下不同空间高度的结构爆炸响应进行计算和分析。首先,分析结构内爆炸冲击波传播规律,验证模型参数选取的可行性;其次,讨论内爆炸作用下球面网壳的动力响应,对比分析不同本构模型对爆炸响应的影响;最后,定义下部支承结构所围体积占结构所围总体积的比值为空间高度系数,讨论空间高度系数对墙面未开洞和墙面开洞球面网壳动力响应的影响。结果表明,爆炸冲击波在球面网壳结构角部有汇聚效应,与反射冲击波共同作用,严重影响球面网壳结构的动力响应;对于墙面未开洞的球面网壳,爆炸响应受反射冲击波影响较大;对于墙面开洞的球面网壳,爆炸响应受空间高度系数影响较大。基于研究结果给出了球面网壳结构在内爆炸下防爆和抗爆设计的合理空间高度系数建议值。     

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。     

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。     

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。     

ON USING DEM FOR SIMULATING RESPONSE OF JOINTED ROCK TO UNDERGROUND EXPLOSION

To verify the capability of DEM in modeling the dynamic response of rock masses to blasting loads, two underground explosion tests are numerically Investigated, Results show that rock joints can significantly affect the transmission and the attenuation of shock waves, and can therefore influence the stability of the adjacent underground structures. Rock joints act as a kind of filters through which only low-frequency components of the shock waves are allowed to pass, and the high-frequency components of the shock waves do no harm to far-field tunneis if a predominant joint set exists in between. The spacing of joint set can also remarkably affect the propagation process, It Indicates that as a discontinuum-based numerical approach,DEM is good at simulating the propagation and attenuation of blasting wave in jointed rock masses, and in modeling the stability of underground structures subjected to blasting loads.     

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线.并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式.对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不...     

地下爆炸作用下节理岩体力学响应的离散元法模拟

To verify the capability of DEM in modeling the dynamic response of rock masses to blasting loads, two underground explosion tests are numerically investigated. Results show that rock joints can significantly affect the transmission and the attenuation of shock waves, and can therefore influence the stability of the adjacent underground structures. Rock joints act as a kind of filters through which only low-frequency components of the shock waves are allowed to pass, and the high-frequency components of the shock waves do no harm to far-field tunnels if a predominant joint set exists in between. The spacing of joint set can also remarkably affect the propagation process. It indicates that as a discontinuum-based numerical approach, DEM is good at simulating the propagation and attenuation of blasting wave in jointed rock masses, and in modeling the stability of underground structures subjected to blasting loads.     

岩石爆破作用的分形研究

应用分形理论，研究了岩石（体）性质对爆炸应力波传播的影响，分析了正交异性岩石（体）内的爆破作用及破裂效果。将岩石（体）内的缺陷（空隙）作为一种损伤，由其分形维数推导出空隙率与爆炸应力波峰值随距离衰减的关系，空隙率作为岩石（体）的一个重要参数，直接影响岩石（体）的力学和变形性质，将这一参数引入爆炸应力波峰值随距离的衰减，较好地体现了岩石（体）力学和变形性质在爆破载荷中的作用。本文还对正交异性岩石（体）两个方向的爆炸应力波衰减进行了比较，给出两个特征方向炮孔合理间距的定量关系，为工程爆破参数设计提供了依据