瓦斯爆炸对风机叶片及防爆门的冲击载荷特性

抗冲击变形、及时开启泄压、多次快速复位的新型防爆门装置对于提高主要通风机和防爆门协同抗灾能力具有重要的意义,本文以宁煤羊场湾二井为例,通过理论分析和数值模拟对井下掘进工作面发生瓦斯爆炸时回风立井防爆门和主要通风机冲击载荷进行研究,建立井下发生瓦斯爆炸时回风立井防爆门和主要通风机冲击载荷数值解算的数学模型和三维物理模型;通过数值模拟,得到了不同爆炸当量条件下风机叶片和防爆门承受冲击载荷的变化规律;根据不同安全系数条件下的风机叶片弯曲破坏容许最大弯矩,确定了风机叶片不同安全系数条件下防爆门的开启压力.研究结果可为防爆门和风机叶片强度设计、压力传感器位置选取提供理论依据.     

爆炸冲击波在钢管混凝土柱表面压力分布试验研究及数值模拟

为了解决爆炸荷载下钢管混凝土柱表面冲击波压力实际分布和数值模拟存在偏差的问题,通过开展钢管混凝土柱爆炸试验,研究冲击波在钢管混凝土柱表面的压力分布,并结合试验建立爆炸荷载下钢管混凝土柱有限元模型,分析不同空气和炸药网格尺寸对冲击波传播及数值分析结果的影响.结果表明:在折合距离为1.1 m/kg1/3试验条件的爆炸荷载作用下,柱顶与柱底的约束条件良好,柱产生的变形属于弹性变形;考察冲击波对构件的损伤程度,应综合考量峰值压力与正压冲量两者的作用效应;不同空气和炸药网格尺寸对爆炸冲击波的压力峰值及压力时程曲线均有较大影响;数值模拟值与试验实测值的误差随着网格尺寸的减小而降低.综合考察数值分析结果与实测值吻合程度,最终确定:空气和炸药网格尺寸为20 mm,符合折合距离不小于1.1 m/kg1/3试验条件下的爆炸数值模拟要求.     

煤矿瓦斯爆炸冲击下的弧形防爆墙数值模拟研究

为研究掘进面、巷道、采空区、生产隔离区等地点的瓦斯爆炸防护墙的弧度对冲击波的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对圆心角分别为30°,45°,60°,75°,90°的弧形防爆墙在相同高度、药量和爆距条件下的计算模型进行了模拟,对墙后水平和竖直方向测点的超压值进行分析,并对比经验公式,得出不同弧度下防护墙体的冲击波分布规律以及墙后超压的分布特点。结果表明:(1)相比于直墙式防爆结构,弧形防爆墙受到爆炸冲击波时具有更好的消减作用;(2)各测点压力按照分布特点呈现先增加后衰弱的趋势,不同测点峰值压力受距离墙体和地面远近的影响;(3)相比于其他弧度防爆墙,弧度为60°防爆结构具有较好的抗爆炸冲击波效果。     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

矿井大尺度冲击波传播规律数值模拟研究

为了解决矿井大尺度下瓦斯爆炸冲击波的传播规律研究难题,提出了冲击波传播的分段接力数值模拟法,解决了瓦斯爆炸数学模型确定、几何模型合理简化及各区段合理划分、动态边界条件下二维几何模型模拟冲击波传播规律的可行性分析等关键问题.研究表明:二维模型模拟实际大尺度巷道瓦斯爆炸是不可靠的,其模拟结果整体偏低且误差很大;距爆炸点20...     

舱室结构对炸药内爆响应特性的数值模拟研究

为研究炸药在舰船舱室内爆炸的毁伤作用效果,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立带有加强筋结构的典型单舱室模型,采用流固耦合算法模拟舱室内爆下冲击波的传播和舱壁的结构响应,分析不同炸药质量与起爆位置对舱室壁的影响.研究表明:在冲击波作用下,舱壁中心相比角隅处的变形更为严重;舱室角隅处容易引起冲击波的汇聚叠加,汇...     

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟

为确保煤矿井下可移动式救生舱的合理设计和安全使用,基于瓦斯爆炸原理,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对体积分数为9.5％,体积为200 m³的瓦斯/空气混合气体在井下巷道内爆炸产生的爆炸流场进行数值模拟,分析了两类典型救生舱舱体在入射冲击波峰值超压0.6 MPa,历经400 ms时间作用下的压力场分布、塑性应变及各重点部位位移时程等动力响应．计算结果表明,改变舱体截面尺寸对舱体的抗爆性能影响显著,采用瓦楞型侧壁的舱体结构能有效增大舱壁的抗弯刚度,而改变舱体长度对于舱体的抗爆性能影响不大．     

爆炸冲击波作用下建筑结构动力特性的数值模拟与试验

利用ALE算法和炸药爆轰产物JWL状态方程,采用动力分析有限元程序LS-DYNA3D,对2层框架结构建筑物在爆炸冲击波作用下的动力特性进行数值模拟,并通过结构模型的爆炸试验,得出不同位置处质点压力和加速度时程曲线.研究表明,数值模拟与现场试验结果基本吻合,汽车炸弹在近距离爆炸时对建筑物的破坏威胁较大.     

爆破载荷作用下混凝土边坡动力响应数值分析

根据爆炸力学原理,利用有限元分析软件ANSYS对爆破载荷作用下混凝土边坡应力状态进行数值模拟,将所得混凝土边坡应力场分布结果与实验室试验结果进行对比分析,得到爆炸应力波在混凝土边坡中的传播规律。     

喷涂聚脲弹性体H型钢柱抗爆性能研究

为研究聚脲涂层对H型钢柱的抗爆效果,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对喷涂聚脲弹性体H型钢柱进行抗爆数值分析。研究了H型钢柱在爆炸荷载作用下的动态响应,并分析了不同聚脲厚度对H型钢柱的防护作用及其机理。研究结果表明：当冲击波沿钢柱弱轴方向传播时,冲击波对钢柱的最大破坏作用出现在柱脚附近腹板中心,聚脲涂层能够有效提高H型钢柱的整体刚度和抗爆能力,大幅降低钢柱的整体和局部变形,并减小钢柱吸收的内能。     

基于SYSWELD的T型接头应力应变场的数值模拟

对T型接头的应力应变场采用有限元软件SYSWELD进行三维动态模拟,采用其中的校核工具模块进行双椭球热源的校核,模拟分析出等效应力分布图以及焊缝上纵向和横向平均应力分布,并同时模拟出不同时刻焊接变形云图.与以往的研究资料和相关数据进行对比,表明本研究能够很好地模拟焊接应力应变场,为焊接工艺的评定和优化提供理论基础.     

瓦斯爆炸致灾通风系统实验及应急救援方法

拓扑分析瓦斯爆炸频发点的局部通风系统模型,建立了利用弱面玻璃板模拟通风设施的管路实验模型.研究了瓦斯爆炸超压波在实验模型中传播时,遇不同位置弱面板的超压峰值变化规律;分析了弱面板破坏前后超压峰值的变化规律及分布特征,并对冲击波后弱面板破坏的片度分布结果进行了统计.确定了实验模型中同一爆源点爆炸冲击波对不同位置弱面板的破坏程度,分析了爆炸产物的组分,模拟计算了超压波衰减的量化特征,为风网模型中通风设施的防爆配置提供指导.提出了在关键通风设施位置预置常开自动风门;瓦斯爆炸冲击波破坏原有通风设施后泄压,预置常开风门自动关闭,从而恢复通风系统的新思路.     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.     

高饱和度饱和土中爆炸波的传播特性

利用φ2．5×5m爆炸模拟装置进行饱和土接触爆炸模拟试验,在获得爆炸波在饱和土自由场中传播的试验数据的基础上,拟合出压力、动量、上升时间随比例距离变化的公式,通过综合分析给出了饱和土中波传播的规律。理论分析揭示了饱和土中应力波传播时出现流体动力区和冲击波形成等性质,建立了饱和土双线性递增硬化本构关系;在饱和土试验中,存在由冲击波向弹性波转化的分界压力,这个分界压力是与介质性质有关的参数,在不同的土中产生冲击波的条件不相同。高饱和度的饱和土中应力波在点爆炸条件下的三维弥散空间中也较容易产生冲击波,因此,在同样的爆炸条件下,饱和土中结构具有更大的破坏可能性。     

基于FLACS的食堂天然气泄漏爆炸事故后果模拟

针对食堂的特点,利用FLACS软件对某大学食堂进行三维建模,在考虑喷射方向、障碍物等因素的基础上,模拟天然气的泄漏及爆炸情况,研究了特定场景下气体云团的扩散过程、爆炸冲击波和温度的发展规律。结果表明,当天然气垂直向上泄漏时,因食堂屋顶的阻碍作用,天然气在小型摊位发生堆积;当天然气水平泄漏时,天然气在用餐区域体积分数较高;爆炸初期,首先出现以点火点为中心的爆炸压力冲击波,压力冲击波以圆弧形向外传递,泄漏方向对爆炸产生的最大超压影响较小;温度分布受泄漏方向的影响较大,垂直喷射时高温集中在小型摊位处,水平喷射时温度沿喷射方向由高到低分布。     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

泄爆条件对甲烷气体爆炸参数的影响

为进一步探讨受限空间或管道中气体燃爆泄放的安全设计方法,为工程防爆、泄爆提供借鉴意义和理论支持,结合气体爆炸传播机理,利用AutoReaGas软件对甲烷-空气的混合气体在管道内爆炸进行了数值模拟,获得了每个测点在不同泄爆位置和压力时甲烷气体爆炸产生的压力峰值和温度峰值的相关数据,分析了不同泄爆条件对甲烷气体爆炸特性的影响,得出:泄爆膜距点火点越近,管道内甲烷气体爆炸的压力和温度的最高值相对较高;泄爆压力由0kPa升至10kPa,管道中甲烷爆炸产生的最大压力的下降趋势变缓,不同泄爆压力对最高温度的影响不大.     

爆炸荷载作用下RC梁不同折合距离破坏的数值模拟

梁在爆炸冲击荷载作用下的响应分析是典型的动力学问题,爆炸冲击荷载持续时间短,冲击波在构件中传播迅速,对构件的局部破坏非常严重,因此对结构物的抗爆性能研究意义重大.本文利用有限元动力分析软件LS-DYNA建立RC梁模型,对RC梁在爆炸荷载作用下不同折合距离的动力响应进行了数值模拟分析,为将来的实际工程应用提供理论依据.     

CE／SE方法在障碍物对爆炸冲击波干扰流场计算中的应用

应用高精度的CE／SE方法对厂房中爆炸冲击波扫过障碍物挡墙形成的流场进行了二维数值模拟，具体分析了障碍物、厂房内壁与冲击波相互作用的规律，得到了能够反映障碍物作用前后波系结构变化的压力等值线图．数值结果显示了冲击波遇障碍物发生反射、绕流等现象，形成复杂波系；通过与尤障碍物存在的爆炸流场对比，分析了相对于爆点不同位置的障碍物对爆炸流场的影响；最后改变爆点个数，对爆炸流场的变化做了进一步分析．数值模拟结果符合相关物理规律．     

掘进工作面前方力学场动态耦合演化规律

以登槽煤矿为试验矿井,采用现场试验和数值模拟方法对掘进工作面前方力学场进行动态观测分析和模拟,获得了力学场的分布规律,揭示了不同力学场之间耦合演化控制机理。结果显示:分步匀速掘进的煤层巷道前方瓦斯压力呈现典型的三带特征,循环向前推移,瓦斯压力场对地应力场具有一致的动态耦合响应特征;卸压区瓦斯压力场响应滞后地应力场1~2 m,压力升高带和原始压力带基本一致;工作面前方的地应力峰值随工作面推进呈波浪式向前移动,且峰值应力逐渐增大至临界值;瓦斯压力分布受地应力大小、煤体结构和掘进速度影响。