PVDF压电传感器在模型化爆中的应用

本文利用PVDF压电薄膜的特性,根据模型化爆试验的特点,设计了实用的PVDF压电型压力传感器,测试结果和对比计算表明.压电型压力传感器设计合理,测力准确,应用性强.     

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.     

机械传感器测量炸药近爆区爆炸破坏作用实验研究

通过机械传感器对炸药近爆区爆炸波破坏作用研究,引进爆炸波能量面密度的概念,结果表明,机械传感器可以有效地测量近爆区爆炸波破坏强度,爆炸波能量面密度可以作为近爆区爆炸波破坏作用评定标准;比较机械传感器与压电传感器测量结果,二者在距爆心较远区数值吻合较好.     

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难.采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道衬砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式.     

PVDF薄膜传感器用于测试块状岩石表面爆炸应力的研究

采用PVDF（聚偏二氟乙烯）薄膜传感器对岩石表面爆炸应力进行测量,并分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波在岩石介质中传播的影响。在直径为28 mm、孔深为25 cm的炮孔内填塞不同的介质（空气、水或沙子）,采用不同的装药结构分别进行爆破试验,通过PVDF薄膜传感器得到了不同工况下岩石表面应力波时程曲线。分析炮孔内不同填塞介质对爆炸应力波透射的影响发现,水作为炮孔填塞介质时,爆炸应力波透射能力强,炸药爆炸产生的能量用于岩石破碎的比例高。水作为炮孔填塞介质时,为达到岩石开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管加2 g传爆药（聚黑-14）;当沙子作为炮孔填塞介质时,为达到岩石的开裂效果,装药结构设计为1发8^#雷管、2 g传爆药（聚黑-14）和20 g炸药（聚黑-2）;前者炸药用量仅为后者的15.3%。炸药使用量减少,也降低了爆破次生危害的影响程度。用PVDF薄膜传感器在岩石表面直接测量爆炸应力的方法是可行的。     

水下目标在水下爆炸作用下的毁伤指标研究

针对某水下目标的抗水下爆炸试验数据,阐明了选用加速度峰值和速度峰值作为测量指标的原因,然后通过相关分析法研究这些指标之间的相关性,利用正交旋转法的因子分析得到影响目标毁伤的公共因子,并通过分析正交旋转因子载荷阵选择出特征指标,讨论特征指标与毁伤模式之间的关系,最后分别利用公共因子数据和特征指标数据进行目标毁伤判别,两组数据的判别结果与实验结果基本一致,证明了特征指标选择的合理性.     

PVDF传感器在火炮弹底撞击应力测试中的应用

在分析PVDF压电薄膜测压原理的基础上,提出了利用PVDF压电薄膜测量火炮发射过程中火药颗粒对弹底撞击应力方案,并论述了该方案的可行性.设计并试制了适合火炮膛内发射条件下测量火药颗粒对弹底撞击应力的弹载传感器,重点阐述了传感器结构设计、制作工艺以及PVDF压电薄膜的工程应用技术;设计完成了适合于弹上狭小空间使用的信号调理电路,并对电路进行了仿真及调试.最后初步探讨了影响测量精度的因素并提出改进措施.     

坑道内爆炸冲击波传播规律的研究

摘 要：炸药在坑道内爆炸将产生沿坑道传播的空气冲击波,冲击波与坑道壁相互作用,使得坑道内冲击波的传播规律明显不同于自由大气中冲击波的传播规律。使用有限元计算软件LS-DYNA对已有的坑道试验进行了数值模拟,通过数值模拟结果与试验结果数据比较,验证了有限元计算中所使用的计算模型和参数取值的合理性。利用数值模拟的计算结果,使用量纲分析理论,拟合了距离爆炸中心点一定距离处爆炸冲击波超压峰值的计算公式,并与试验结果进行对比,分析了该公式的适用性,为坑道中爆炸冲击波的传播规律研究提供了参考。
     

非接触爆炸冲击载荷对防盗门作用数值模拟研究

为实现反恐行动中非接触爆炸冲击波破门目标,针对金属防盗门实际条件建立数值仿真模型,重点研究了防盗门在非接触爆炸冲击载荷作用下塑性变形破坏过程及规律。结果表明：相同爆炸冲击载荷作用下,实际转动条件防盗门板塑性变形动力响应时间延长,最大变形量远大于四边固支条件下门板变形量;爆炸中心与防盗门距离过近,门板受爆炸产物和空气冲击波共同作用,只出现局部破坏,不能实现门板整体塑性变形;拟合了防盗门板在非接触爆炸冲击载荷作用下变形量计算式,可为反恐破门弹药设计提供依据。     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。     

PVDF冲击压力传感器的制备和应用

PVDF（聚偏氟乙烯）及其共聚物压电计具有响应快、灵敏度高、测压范围宽等特点，是一种理想的冲击压力传感器。用它制作超高压力传感器的关键是必须解决传感器的一致性问题。本文对近年来国内外在此方面的工作进行了总结，给出了该类传感器的爆炸、高速撞击、高能脉冲激光辐照等压力测试方面的应用，并对该类传感器中存在的问题进行了归纳。     

一种改进的水下爆炸冲击波信号修正方法

爆炸载荷是舰船抗冲击设计和分析的基础,爆炸冲击波是表征炸药威力的一个关键物理量。在水下爆炸试验中,由于PCB138A50型电气石水下传感器在高频段存在失真,使得水下爆炸自由场压力信号存在上升沿、峰值失真的情况。当爆源与测点的水平距离远大于测点深度时,测点接收的信号需考虑反射波影响,一般会出现水面截断,形成驼峰现象。这都会使压力信号的冲击波能量计算产生误差,进而影响舰船的抗冲击分析。文章用Jensen提出的方法修正峰值,使用Cole函数对冲击波进行拟合修正。经对比,Cole函数拟合法比传统的指数拟合法修正后的冲击波能量更接近于试验炸药冲击波能量的理论值。     

Relation of fragment with air shock wave intensity for explosion in a shell

A new analytical method is suggested for the computation of primary fragment velocity for an explosion in a shell (or case). The influence of the shell on the intensity of explosion-generated air shock waves is discussed, which shows that it is determined by the wall thickness (or the mass) of the location at which the fragment occurs, not by the total mass of the shell. By experimentation the air shock wave overpressures and the damage effects of simulative targets that are caused by the explosions of explosive charges in a shell and without a shell are examined under the same charge mass and shape, to verify the validity of the presented result in this work. By using the suggested theoretical method, the upper bound of fragment velocity and the lower bound, respectively, are calculated. The fragment velocity depends on the thickness of a shell, and the thicker or the heavier the shell, the more serious the influence of the shell on blast shock wave intensity.     

基于小波分解的水中电爆炸冲击波波形重建方法研究

水中金属丝电爆炸产生的冲击波,上升时间仅有数十纳秒,脉冲宽度仅为十几微秒,远小于化学炸药产生的冲击波,采用现有传感器对其进行精确测量非常困难.分析了冲击波波形形成过程,基于帕塞瓦尔时频域能量守恒定律,采用多尺度小波分解的方法,给出了一种冲击波波形重建方法.采用该方法对PCB138传感器实测的压力信号进行了重建,并与Mü...     

基于深度学习的爆炸冲击波信号重构模型

针对爆炸冲击波信号重构问题,引入深度卷积神经网络（DCNN）捕捉冲击波信号的局部信息和高阶特征,引入双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）捕捉冲击波超压数据时序依赖关系,进而构建了基于深度学习的爆炸冲击波信号重构模型。相关实验研究表明,本文构建的爆炸冲击波信号重构模型,综合考量了信号的时序关系、频谱特征、数据变化规律等特征信息;在基于有限测点数据的冲击波场压力分布重构实验中,模拟和实测超压峰值平均误差分别为3.53%和13.71%,正压作用时间平均误差分别为7.35%和14.26%,比冲量平均误差分别为4.02%和11.92%;在基于残缺数据的冲击波压力曲线重构实验中,模拟和实测信号重构的缺失值与原始值基本吻合,且偏差均在0附近;均满足爆炸冲击波压力重构指标要求。研究结果对爆炸冲击波信号重构有重要指导意义。     

自由空气中爆炸冲击波的数值分析

为准确模拟自由空气中的爆炸荷载及其特性,采用软件ANSYS/LS-DYNA建立了多组不同药量TNT的爆炸模型,并将结果与TM5-1300、Henrych公式以及Baker公式计算结果进行比较分析。通过多次试算分析,给出了自由空气中建立TNT爆炸模型时由比例距离选用网格尺寸的依据,分析了爆炸相似律立方根表达式的适用性及适用条件,并得到了比例距离为0.1≤z≤3时自由空气中TNT炸药超压峰值的简便计算公式。结果可为自由空气中爆炸荷载的准确数值模拟以及简便计算提供依据。     

自由空气中爆炸冲击波的数值分析

为准确模拟自由空气中的爆炸荷载及其特性,采用软件ANSYS/LS-DYNA建立了多组不同药量TNT的爆炸模型,并将结果与TM5-1300、Henrych公式以及Baker公式计算结果进行比较分析。通过多次试算分析,给出了自由空气中建立TNT爆炸模型时由比例距离选用网格尺寸的依据,分析了爆炸相似律立方根表达式的适用性及适用条件,并得到了比例距离为0.1≤z≤3时自由空气中TNT炸药超压峰值的简便计算公式。结果可为自由空气中爆炸荷载的准确数值模拟以及简便计算提供依据。     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

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。