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。     

爆炸冲击波伤害破坏作用定量分析

针对爆炸事故后果定量分析中存在的模糊认识,对冲击波超压估算方法和爆炸能量计算模型进行了系统论述.冲击波的破坏伤害作用主要取决于峰值超压的大小,立方根比例定律是定量估算冲击波超压最常用的方法.物理性爆炸产生的能量大小与容器内介质的状态和容器的容积有关,化学性爆炸能量的大小主要取决于参与爆炸性燃烧反应的可燃物质的量和燃烧热.蒸气云爆炸能量的估算方法主要有TNT法和TNO法两种,蒸气云爆炸及爆轰的破坏伤害作用既可使用立方根比例定律进行分析,也可以直接使用相关经验模型.     

接触爆炸作用下钢-混凝土组合梁的波传播分析

由于爆炸荷载作用时间短、超压峰值大等特点,当爆炸荷载作用于钢-混凝土组合梁上时,将在梁内产生冲击波,冲击波在钢-混凝土组合梁内的传播过程极短,并且在冲击波的传播过程中梁的变形很小,因此,可将冲击波在梁内的传播过程进行独立分析.为研究爆炸荷载作用初期冲击波在梁内的传播过程,通过数值分析的方法对冲击波在钢-混凝土组合梁内的传播过程进行了研究分析.结果表明,在接触爆炸情况下,爆轰波将作用于钢-混凝土组合梁并在梁内产生压缩冲击波,冲击波在钢-混凝土组合梁厚度方向传播并产生反射与透射冲击波,同时在梁内产生较高的压应力或拉应力,由于混凝土属脆性材料,其抗拉强度很低,对混凝土板来说,反射拉伸波将在加载初期造成混凝土板的层裂现象.     

触地核爆炸冲击波效应的数值模拟研究

围绕触地核爆炸冲击波效应问题进行了数值模拟研究,分析了纯土介质和岩土混合介质中应力波的传播衰减特征及介质的动力响应特性,地下存在的软土层对爆炸冲击波所产生的峰值超压、最大位移、有效塑性应变存在着削减作用,并开展了纯土介质中触地爆的数值模拟,分析了土介质中爆炸应力波的传播过程和对应力波超压峰值、质点最大速度等,数值模拟得到的应力波传播过程和经验研究较为符合,且计算得到的应力比超压峰值和质点最大速度与经验公式拟合较好,验证了所采用的数值模拟方法的合理性和数值模型参数的准确性。     

爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行对比分析,发现不同学者对冲击波超压峰值和超压持续时间的预测结果存在不少差别,文中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TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果。故有必要对爆炸冲击波进行进一步的研究。     

钢箱梁节段缩尺模型爆炸冲击波参数试验研究

以钢箱梁节段缩尺模型为爆炸冲击波作用施加面,开展了9种不同比例距离下的爆炸冲击波作用试验工况,对比分析了其他学者的经验公式与本文实测数据中有关正超压峰值的差别,整体上本文实测数据偏大偏不利,并拟合对比了基于实测的多项式函数、指数函数及幂函数,误差和精度分析表明采用多项式函数较为合理;对正超压作用时长进行构成分析,表明在钢箱梁节段模型顶板上方发生武器爆炸等化学爆炸冲击波作用时长较短且均不超过1 ms,并拟合了四次多项式经验公式;另外研究表明正超压从0脉冲式跃迁至超压峰值时长所占比例很小、脉冲率很高,为正超压作用总时长的3%以下,为典型的超高动荷载施加模式。     

悬臂式防爆墙消波作用数值分析及其应用

在建筑物外部一定距离上设置防爆墙,能对汽车炸弹爆炸冲击波和碎片起到有效的防护,消除爆炸冲击波对建筑物及内部人员的破坏杀伤作用。应用Ls-Dyna程序,模拟分析了爆炸冲击波在设置悬臂式防爆墙的三维流场中的传播情况,并与不设置防爆墙的三维流场计算结果进行对比,得到了防爆墙后爆炸冲击波的超压衰减率。针对一重要建筑物,作者应用所得结果分析了拟构筑的防爆墙的消波作用和建筑物的安全。文中所用方法和成果可供防爆墙设计时应用参考。     

切槽爆破在爆炸冲击波和爆轰气体作用下的力学效应

爆炸荷载对爆破介质的作用是由爆炸冲击波的动态作用和爆轰气体的准静态压力作用两部分组成。详细讨论了“V”型切槽在冲击波的动态压力和爆轰气体的准静态压力作用下所产生的力学效应。     

爆炸波信号识别及其动力学过程的实验研究

通过测试到的不耦合装药加载条件下混凝土中产生的径向爆炸波信号分析,识别和分离了信号中的爆炸冲击波、应力波及爆生气体膨胀作用,并就各自作用时间、大小、衰减规律及爆后损伤开展了定量研究。结果表明:在同一测点处同时受到爆炸冲击波、应力波及爆生气体的共同作用,作用时间分别为3.5,3.3和16.6μs;爆炸冲击波表现为压应力,峰值在1000 MPa以上;应力波表现为拉压作用,爆生气体膨胀表现为持续的拉应力或压应力的准静态作用。爆炸冲击波应力峰值随距离呈非线性快速衰减,应力波和爆生气体作用正负应力峰值随距离衰减缓慢,混凝土中爆炸波作用分区与凝聚炸药爆轰结构的压力分布有关。爆后混凝土的损伤实验表明:爆炸除形成了通自由面的7条裂纹外,在炮孔周围形成了半径为12.5 cm的损伤区,且损伤阈值Dcri=0.2,与理论计算一致。     

对喷射气流灭弧防雷装置中爆轰弹丸的研究

研究了喷射气流灭弧防雷器的重要部件-爆轰弹丸,探究了爆轰弹丸对灭弧效果的影响。首先简要介绍了喷射气流灭弧防雷装置的原理;其次,应用爆炸物理学理论,对爆轰弹丸的起爆条件进行了理论分析,对爆轰弹丸的装药提出了要求;其次,结合对爆轰弹丸产生的冲击波的分析,对爆轰弹丸动作后产生爆轰产物的发展过程进行了数学建模,分析了冲击波和爆轰产物在灭弧过程中发挥的作用;最后通过挂网运行实际效果证明了用爆轰弹丸灭弧的可行性。通过理论分析和实验证明,可以得到:爆轰弹丸在喷射气流灭弧装置灭弧中发挥了至关重要的作用,其中爆轰弹丸的起爆、爆轰弹丸动作产生的冲击波和爆轰产物都是影响灭弧效果的重要因素。