航空餐车-织物袋组合装置的抗爆特性研究

为了提高民机客舱安保技术水平,提出将航空餐车与织物袋组合形成民机客舱爆炸包容装置,来作为客舱内应急处置疑似爆炸物的潜在解决方式。针对航空餐车及航空餐车-织物袋组合装置,开展了内爆试验且进行了有限元仿真,对比了内爆场下二者的响应历程及失效形式,通过试验验证有限元模型的准确性,并分析了内部填充物及织物袋厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明：爆炸冲击载荷下,织物袋赋予了航空餐车显著的抗爆能力,航空餐车弥补了织物袋的易燃短板;增加座椅垫作为内部填充物时,座椅垫吸能占吸能总量的74%,并降低了航空餐车的变形及失效规模,对于爆炸能量的耗散起到了关键作用;航空餐车-织物袋组合装置各自可拆卸,织物袋厚度对相同药量下各部分的吸能能力影响不明显。组合装置可用作民机客舱爆炸包容装置,作为客舱内应急处置疑似爆炸物的解决方案。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

某型防暴弹爆炸装药安全性研究

对防暴弹微量装药近距离爆炸的安全性研究提供了研究方法,利用最小自由能法计算出某型防暴弹装药爆炸产物的平衡组分,利用盖斯定律计算出防暴弹装药的定容爆热,利用冲击波超压经验公式计算出爆炸装药药量分别为5 g、10 g、15 g、20 g时,冲击波超压随距爆心距离R的变化曲线。根据人体所能承受的冲击波超压及弹体结构设计要求,确定该防暴弹爆炸装药药量为16 g,计算距爆心0.1 m处的冲击波超压为9.76,不会对人体产生超压伤害。     

综合管廊燃气仓内爆炸下冲击波衰减规律研究

为了得到综合管廊燃气仓在内爆炸作用下冲击波的衰减规律,通过LS-DYNA有限元软件,建立了典型三仓室综合管廊模型,模拟了燃气仓在不同爆炸荷载下的内爆炸情况。获得了管廊的破坏模式、燃气仓内空气中心线各点的超压时程曲线以及超压峰值曲线。结果表明:炸药量对燃气仓影响较大,对电力仓影响不大;在燃气仓内,随着炸药药量的增大,各点在同一爆炸荷载下的超压曲线线型与超压峰值差距越大;在不同爆炸荷载下,各点冲击波超压峰值的最大值在距离爆炸中心2~5 m之间,在距离爆炸中心10 m处,冲击波超压峰值衰减至1 MPa以下;各点冲击波超压峰值曲线随着与爆炸中心距离的增大表现出先增大后减小的趋势,其中当炸药药量为10 kg时,燃气仓内各点冲击波超压峰值曲线出现了波动,这与管廊内部墙板裂缝的出现有关。     

钢箱梁结构在爆炸冲击波作用下局部破坏影响因素试验研究

选用工程中常见的单箱双室和单箱三室截面形式,按照相似理论设计制作了14个缩尺比例为1∶10的钢箱梁试验模型,在一定的药量和爆炸距离下,通过改变钢箱梁试验模型的高度、顶板厚度、U肋的间距和厚度、横隔板及纵板的间距和厚度等结构参数,对其进行了近距离爆炸的破坏性试验。试验表明:超压值的大小与钢箱梁顶板的破坏状态有关;运用能量法可以很好的预测钢箱梁结构顶板的塑性变形值及顶板破损状态和破损的程度;破坏状态与破坏程度是一个多参数共同影响的综合结果,顶板厚度、U肋、横隔板间距等参数可以提高钢箱梁顶板的抗爆能力,尤其是U肋的约束作用尤为显著,破坏程度的降低幅度达到80%以上。     

地下综合管廊抗爆性能及加固方法研究

为了解地下综合管廊的极限抗爆性能，基于LS-DYNA商用软件，建立了精细化数值计算模型，分析了内部燃气爆炸荷载作用下管廊结构的动力响应特征和受荷破坏全过程，揭示了其失效破坏机理。分析结果表明：当爆炸超压为80～140 kPa时，管廊结构墙缝、顶板跨中和边墙跨中位置出现裂缝；当爆炸超压为160 kPa时，边墙出现弯剪破坏；当超压达到180 kPa时，顶板在跨中位置明显破坏；当超压达到200 kPa后，结构发生倒塌破坏；基于超压峰值和结构破坏关系建立了管廊损伤预测方法，标定了管廊的损伤预测等级；提出了2种结构加固方法，将管廊结构抗爆性能提升了17.5%、146%,该加固方法为同类管廊提供了借鉴。     

多次水下爆炸钢制圆板应变与挠度增长规律分析

在海上战争中,水面舰艇以及潜艇可能会受到多枚水中兵器的攻击,产生的累计损伤问题影响着水面舰艇以及潜艇的持续作战能力和生命力。对膨胀直径为390 mm,厚度为5 mm空气背衬钢制圆板,在50 g药量下,进行持续多次水下爆炸加载试验,对板中心应变、挠度以及厚度减薄率进行测量,试验结果分析表明:第一次爆炸加载时,局部空化使钢板产生的应变是冲击波加载的1倍,当钢板被炸弯后,再次爆炸加载局部空化的二次加载现象不明显。此外,气泡脉动及气泡射流会使钢板发生明显的弹性应变,应变值是初始冲击波作用的10%。对中心挠度和厚度减薄率的数据分析发现,钢板厚度减薄率是随着中心挠度呈线性增加的。该研究对舰船持续作战能力及生命力的评估提供了一定的试验支撑。     

水下爆炸冲击波作用下屏蔽装药的冲击引爆理论和仿真研究

针对水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击引爆问题展开研究。从理论上建立了水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击压力计算方法,结合炸药起爆判据,可确定炸药冲击引爆的临界条件;采用AUTODYN仿真软件,对水下爆炸冲击波冲击引爆屏蔽装药的过程进行了数值模拟;分析了主发药量和屏蔽板厚度对炸药临界起爆的影响;采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据的参数n、K,与文献中的起爆判据进行对比,在一定范围内符合较好。结果表明:理论计算与数值模拟误差不超过6.75%,说明所建立的理论计算方法是有效的;相同条件下,随着主发药量的增加和屏蔽挡板厚度的减小,水下爆炸冲击波对屏蔽装药的临界起爆距离随之降低。     

含弱约束受限空间油气爆炸外部特性研究

构建了含弱约束面的受限空间油气爆炸模拟实验系统,对含有弱约束的受限空间油气爆炸外部特性进行了实验研究。实验获得了容器外部不同位置处爆炸超压随时间的变化规律,同时利用高速摄影系统记录了爆炸火焰发展变化过程。研究结果表明:(1)竖直方向和水平方向爆炸压力随时间变化规律均为"破膜与泄流正超压→最大负超压→外部爆燃正超压→二次负超压",竖直方向上最大爆炸压力要略大于水平方向上的最大爆炸压力。(2)随着油气浓度的增加,爆炸超压先增大后减小,在初始油气浓度为1.79%时爆炸超压达到最大值。(3)随着比例距离的增大,外部爆炸超压呈负指数规律递减。(4)火焰形态变化过程可分为"喷射引燃阶段→卷曲变形阶段→蘑菇云状火焰阶段→衰弱熄灭阶段",火焰最大高度为0.85 m,最大直径为0.6 m。     

爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动力响应研究

设计并制作了3根普通钢管混凝土墩柱和1根复式中空钢管混凝土墩柱,进行了TNT药量分别为3 kg和50 kg的3发4工况静爆试验,获得构件的迎爆面及背爆面的柱面超压分布、残余变形以及最终破坏形态,结合有限元分析,研究了爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动态响应、破坏模态及参数影响。研究表明:50 kg TNT作用下、比例距离为0.14 m/kg1/3时,外径同为273 mm、壁厚为7 mm的普通钢管混凝土墩柱抵抗爆炸荷载的变形能力优于中空钢管内径为50 mm、壁厚为4 mm的复式钢管混凝土墩柱;基于试验结果建立了多物质流固耦合的数值模拟方法,可有效模拟钢管混凝土墩柱在爆炸荷载下的动态响应;钢管混凝土墩柱三种典型破坏形态分别是:低超压峰值-高持时发生弯曲破坏、高超压峰值-低持时发生剪切破坏及介于两种情况之间的弯剪破坏;炸药当量为50 kg,比例距离z>0.3 m/kg1/3时,爆炸荷载下试件柱的残余变形可忽略不计;核心混凝土强度等级的增强以及含钢率的提高,可有效降低柱中点水平残余变形;提高钢管屈服强度,可降低柱中残余变形,当钢材强度等级≥345 MPa时,继续增大屈服强度对提高钢管混凝土墩柱的抗爆性能意义不大。     

爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律

为研究爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律,利用LS/DYNA软件,采用欧拉耦合的方法,分析了TNT药量不同爆距相同、TNT药量相同爆距不同以及TNT药量相同墙厚不同的条件下墙体对环流超压的影响规律,且拟合出了不同TNT药量时墙后超压峰值公式,并通过防爆墙墙前、墙后超压值与已知试验值对比,验证了计算模型的正确性.结果表明:环流超压峰值随着TNT药量的增加而增加,随着墙体厚度的增加而减少,且其超压峰值出现在墙后约2倍墙高位置处;当爆距大于2.4 m时,环流超压的峰值先递增、后递减,最大环流超压发生在约2倍墙高位置;当爆距小于2.4 m时,最大环流超压向墙体移动,距离墙体后面1.0 m左右.验证了其绕射规律与已知研究结果的一致性.     

弹道冲击下层合板破坏模式及抗弹性能实验研究

以舰用轻型复合装甲研究为背景，针对不同纤维增强种类(包括玻纤织物CA00、C200、SW220和芳纶纤维织物T750)以及不同面密度层合板结构，在6．2g刚性微曲面柱形弹弹道冲击下的防护能力展开实验研究，着重讨论了层合板结构弹道冲击下破坏模式，弹体初始侵彻速度及面密度与抗弹能力和抗弹效率之间的关系，认为不同的破坏模式体现了不同的吸能特性和纤维失效机理．     

爆炸荷载作用下地铁隧道的冲击反应研究

随着地铁的大规模兴建,地铁隧道的抗爆防护研究成为一个迫切需要解决的问题。针对南京地铁区间隧道的实际工程地质条件,建立了地铁隧道的冲击反应计算模型和各种材料的模型,采用流固耦合算法, 对10kgTNT炸药作用下地铁隧道的冲击反应进行了全面研究。研究结果表明,隧道衬砌的速度和加速度变化与超压有关,随着距爆心距离的增大,爆炸冲击波对衬砌结构的影响逐渐减弱,而且在爆炸的初始时刻,隧道衬砌处于受拉状态,随着时间的推移,超压峰值逐渐衰减,隧道衬砌则由受拉状态变为受压状态,并逐渐趋于稳定,从而为地铁隧道的抗爆防护和应急预案的制定提供了依据。     

结构内爆炸荷载作用下钢筋钢纤维混凝土抗爆墙设计探讨

基于内爆炸原理,分析了结构内爆炸荷载的组成,提出了内爆炸荷载作用下抗爆墙的解析计算方法,对钢筋混凝土抗爆墙设计进行优化;提出将钢纤维应用于抗爆墙设计,并结合实例对钢筋混凝土与钢筋钢纤维混凝土抗爆墙进行计算对比。结果表明:准静态气体压力使结构内抗爆隔墙所受荷载比建筑外抗爆墙高出25%以上;在相同距离、相同爆炸当量条件下,钢筋钢纤维混凝土比普通钢筋混凝土抗爆墙厚度减少11%。     

建筑结构抗爆设防性能目标研究

近年来建筑结构的爆炸事件频繁发生,而我国目前还没有统一的建筑结构抗爆设防目标。基于安全性风险评估理论,利用爆炸风险平均发生概率和爆炸风险破坏程度的等级划分,确定爆炸风险的平均影响程度。结合我国《建筑结构可靠度设计统一标准》和实际爆炸事件的特点,提出基于建筑结构重要性的抗爆设防等级分类方法,从而确定抗爆安全等级。根据我国国情综合考虑建筑结构抗爆安全等级和爆炸超压强度等级,确定不同类型建筑结构的抗爆设防指标。建立了以建筑结构设防目标作为工程抗爆设计的基础原则,通过对以往爆炸事件的统计分析,确定不同爆炸超压荷载对人员伤亡和建筑结构损伤程度的设防目标,为建筑结构抗爆设防指标提供一种新的方法。     

烟花爆竹厂爆炸事故破坏效应评估

针对国内某烟花爆竹厂爆炸毁伤事故,在现场调查的基础上,对该爆炸事故的爆炸冲击波毁伤效应提出了若干分析计算模型。通过综合运用空气冲击波超压估算药量和抛掷距离核算药量的方法得到事故厂房单个工作间的存放药量约为4.3 kg,超过了单个工作间允许的最大存放药量4.0 kg。从而对事故酿成的毁伤结果给出了科学合理的解释。药量的估算方法可为类似事故的调查提供借鉴。     

直坑道内爆炸冲击波超压传播规律研究

为获得直坑道内爆炸冲击波的信号特征和传播规律,基于某基地已建成的爆炸坑道设施,通过进行多次TNT和温压药剂爆炸试验,并利用测试系统记录坑道内冲击波数据,分析了实测的冲击波数据和分类冲击波波形.得到了直坑道内爆炸冲击波传播的一般规律,和由实测数据拟合出的坑道内爆环境下不同药量的冲击波超压沿等截面直坑道传播的拟合方程,可为传感器选型及坑道内爆炸试验的威力评估提供依据.     

点火位置对管道内油气泄压爆炸超压特性影响

进行了初始油气浓度为1.7%全透明方管内不同点火位置(底部、中部和口部)对油气泄压爆炸超压特性的影响,实验结果表明:(1)底部点火时超压曲线不发生明显振荡,中部和口部点火时,超压曲线振荡明显;(2)爆炸超压波形变化和火焰传播形态有密切的内在联系,底部点火时,超压变化过程主要受火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响;中部点火时超压变化除受到火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响之外,还受到火焰和声波相互作用的影响;口部点火时,超压变化还受到声波振荡的影响;(3)对于中部和口部点火,压力振荡上升期的振幅呈指数增长,衰减期的振幅呈负指数下降;在超压上升阶段,振荡周期以接近二次抛物线的趋势下降,对于超压衰减阶段,超压振荡周期呈震荡上升;(4)对于管道内部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火源与管道封闭端的距离的增大而减小;考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火距离的增大而增大。对于管道外部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,第一个超压峰值随着点火距离的增大而减小,如果考虑火焰声波的相互作用,最大超压峰值随着距离增大先减小再增大。     

固支圆形泡沫铝夹芯板在爆炸作用下变形研究

为研究泡沫铝夹芯板(简称"AFSP")的抗爆特性及其与泡沫铝板或实体金属板抗爆性能差异,对3种固支圆形板在钢管内油气混合物点火产生的爆炸荷载作用下残余变形进行试验研究。主要分析泡沫铝板在爆炸荷载下破坏特点、相同荷载条件下AFSP与实体金属板残余变形大小差异、面板材质与芯材厚度的变化对AFSP残余变形的影响等。试验结果显示:单独泡沫铝板在爆炸荷载作用下易发生整体剪切破坏;与实体板相比,芯材厚度为16 mm的AFSP在质量仅增加25.9%的条件下,残余变形减小48.5%;同载同重的钢面板较不锈钢面板AFSP的残余变形量减小30.7%;AFSP的芯材厚度由8 mm增加至16 mm,在荷载稍有增加时,残余变形反而减少了51.6%。AFSP较相同重量的实体金属板具有更好抵抗爆炸荷载的能力,AFSP的芯材厚度与面板材料是影响其抗爆性能的两个重要因素,AFSP是一种具有较好抗爆性能的复合材料。     

钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量（P-I）等损伤曲线。研究结果表明：钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。