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。     

水下和空中爆炸冲击波传播特性对比分析

由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同,使得爆炸冲击波在水和空气中传播特性存在较大差异。通过构建自由场水下和空中爆炸耦合数值仿真模型,对水下和空中爆炸冲击波传播特性进行对比分析,研究了起爆介质对冲击波峰值压力、冲量、传播速度的影响;同时考虑冲击波与自由面反射的稀疏波相互作用过程,研究了近自由面对水下和空中爆炸冲击波传播特性的影响。研究表明,水下爆炸冲击波传播压强峰值及冲量均较空中爆炸大很多,对结构的潜在破坏能力较强;自由界面对冲击波传播特性存在较大的影响,在近自由面水下爆炸产生了冲击波水面切断及气穴现象,而在近自由面空中爆炸产生了冲击波增强效应。     

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。     

爆炸冲击波超压测试系统开发

为了准确测试炸药在空气中爆炸和地下巷道爆破产生的冲击波传播规律,开发了基于虚拟仪器技术的爆炸冲击波测试系统.传感器采用瑞士Kistler公司的211M0160压电石英低阻型压力传感器,信号调理采用瑞士Kistler公司的5134B型信调仪,采集系统采用NI公司USB-6356高速同步数据采集卡,供电系统采用蓄电池通过逆变器转化为220 V交流电源供电,构建了野外爆炸冲击波测试系统,基于Lab VIEW8.5编写了爆炸冲击波超压测试软件.测试了以0.5 kg TNT为主的起爆具炸药在空中爆炸冲击波传播规律,通过试验验证了组建的冲击波爆炸测试系统能够满足炸药爆炸冲击波测试的测试要求,为研究炸药空中爆炸、巷道爆炸、巷道爆破冲击波提供了仪器设备.     

基于RKDG方法的船体板架爆炸冲击响应数值模拟

基于欧拉流体力学方程组,对方程组分别进行间断迦辽金法空间离散和龙格库塔法时间离散,采用RKDG方法建立数值模型,模拟自由场空中爆炸冲击波载荷特性,并与经验公式对比,对RKDG计算程序进行验证。针对强间断性的空中爆炸冲击波与周围低压空气耦合特性问题,给出了流场密度和压力分布规律。最后编制计算程序,结合大型非线性有限元软件LS-DYNA,模拟板架结构在空中爆炸载荷作用下的变形和响应特征,计算发现:板架沿着T型材出现塑性变形,板格呈现局部隆起的碟形变形区,响应与距离爆心距离成反比。     

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。     

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.     

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。     

水下和空中爆炸时混凝土重力坝动态响应对比分析

由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同,使得水下和空中爆炸冲击波传播特性及其荷载作用下的大坝结构动态响应存在较大的差异。通过构建混凝土重力坝水下爆炸和空中爆炸的全耦合数值仿真模型,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,在对比分析爆炸冲击波在水下和空中传播特性的基础上研究了水下和空中爆炸冲击波对大坝动态响应及损伤程度的影响。研究表明,水下爆炸冲击荷载作用下混凝土重力坝动态响应及损伤程度均较同等炸药量下空中爆炸冲击荷载作用时大;在研究水工大坝抗爆性能时,应重点关注水下爆炸冲击波传播的特性及大坝在水下爆炸荷载作用下的动态响应。     

硬岩中爆炸冲击波衰减规律的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立了硬岩介质中装药爆炸的数学模型,对硬岩体中的爆炸冲击波的传播衰减规律进行了数值计算。数值计算模型计算得到的爆炸冲击波压力与经验公式计算的冲击波压力数据基本一致,验证了该模型的正确性。     

爆炸荷载下钢管混凝土墩柱柱面压力分布研究

通过两次TNT药量分别为3 kg和50 kg的大比例钢管混凝土墩柱静爆试验,1次TNT药量为50 kg的自由场静爆试验,获得了钢管混凝土墩柱柱面爆炸荷载的压力分布规律,对比研究了各经验公式(入射压力、反射压力和正压持时等)的预测差异与适用性。结果表明:钢管混凝土墩柱迎爆面负压区及背爆面压力值较小,可忽略不计;钢管混凝土墩柱对迎爆面反射压力有一定影响,但对正压冲量影响较小;当比例距离z3 m/kg1/3时,球形爆炸波与半球形爆炸波入射压力的各预测公式结果近似,反射压力与入射压力的平均比值约为2.5;当比例距离z3 m/kg1/3时,反射压力与入射压力的比值变化率随比例距离的减小而增大;反射压力经验公式预测离散程度较大,Henrych公式和Chengqing Wu公式的预测结果偏小;整体上,采用TM5-1300预测作用在钢管混凝土墩柱上的各爆炸荷载特征参数较为合理。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

真实空气中TNT装药爆炸近区冲击波传播特性研究

本文基于点源爆炸理论,建立了面源、线源和点源TNT装药强爆炸解,填补了面源与线源强爆炸解的空白;采用真实空气状态方程进行分析计算,研究了真实空气条件下球形TNT装药爆炸近区冲击波的传播特性。通过算例分析,计算结果与已有文献资料数据吻合较好。本文的研究成果对爆炸力学和防护工程研究起到了重要的参考作用。     

TNT密闭环境中能量释放特性研究

为了研究TNT在密闭空间中的能量释放特性,依据量热法原理测量了TNT炸药在不同环境中(真空、0.1 MPa空气、0.1 MPa氧气)的爆热;同时在自行设计的密闭爆炸仓内,采用PCB压力传感器和K型热电偶分别测量了TNT炸药在不同气氛(空气、氮气、纯氧气)中爆炸后的准静态压力和爆炸场温度。爆热测试试验结果表明,当环境中氧含量增加时,爆热也随之增加;密闭空间中爆炸参数测量结果表明,随着密闭环境中氧含量的增加,准静态压力和爆炸场温度均有所增加。这说明实际应用中TNT爆炸反应完全性较低,有大量能量未释放,密闭条件可以提高TNT爆炸能量释放率。     

等效靶弹药空气中爆炸威力评估

针对传统的冲击波压力电测法操作复杂且易受干扰的问题,提出基于等效靶塑性变形的炸药爆炸威力评估方法.首先进行小当量立姿等效靶板变形试验,并基于实验结果确定适用于有限元数值模拟的模型;其次,使用量纲分析方法简化等效靶变形的理论模型,建立靶板中心最终变形挠度与爆炸当量、爆炸距离的关系;进一步结合实验数据与数值模拟结果,得出通...     

TNT近地爆炸三波点高度预测及验证

在已有研究数据的基础上,通过提取大量数据并借助数学计算工具进行了高精度拟合,得到了TNT近地爆炸三波点高度预测公式,并开展了文献数据验证和试验验证。结果表明,公式预测结果与文献、试验结果高度一致,可用于TNT近地爆炸冲击波三波点高度的精确预测,也为其他高爆炸药的三波点高度预测提供了参考。     

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。     

爆炸空气冲击波对动物伤害效应试验研究

通过试验研究近地表爆炸空气冲击波对动物的伤害效应和超压估算方法,对动物器官冲击伤害样本进行了医学检测。发现爆炸空气冲击波可使动物的心、肺、肝、脾和肾脏等脏器产生破裂、充血、红细胞发生改变、形成肺大泡等症状,动物的肺和脾对爆炸空气冲击波最为敏感。     

空气层对RDX水下爆炸性能影响的实验研究

为了探究空气层对RDX爆炸性能的影响,采用水下爆炸实验测出含不同体积空气层的RDX水下爆炸参数,结果表明,空气层对水下爆炸参数的衰减作用显著。在相同不耦合系数K下,R_1和R_2处的比气泡能大小近似相等,分析认为比气泡能仅与炸药产生的爆生气体有关,与冲击波传播的距离无关。在R_1=0.8 m处,不耦合系数K为1～7时,峰值压力显著降低,通过实验结果拟合得到RDX的峰值压力经验公式;当K为7时,对RDX药柱冲量的影响较小,相反地,峰值压力、比冲击波能、比气泡能、水下爆炸总能量分别降低了46.62%、42.98%、37.26%、40.03%。同时,对空气层衰减RDX水下爆炸性能机理进行了分析,总结并提出一种全新的水下冲击波调节方法。