核爆冲击波作用下空心砌块墙对主体结构的作用

该文采用显式动力有限元软件LS-DYNA对核爆冲击波作用下高层建筑混凝土小型空心砌块外墙(以下简称砌块墙)的破坏模式进行了数值模拟,计算模型考虑了材料非线性、接触非线性、大应变、大变形等主要特征。在此基础上讨论了砌块墙在破坏飞散过程中传给结构的荷载,得到了不同冲击波超压作用下砌块墙传给结构的荷载时程。计算结果表明:核爆冲击波作用下,砌块墙的破坏模式与冲击波超压的大小有关;其传给结构的荷载时程基本呈三角形分布,荷载峰值随超压的增加而增大,墙体顶部与结构构件之间接触面的允许抗剪强度对荷载峰值时间和持续作用时间起关键作用。     

室内爆炸超压荷载简化模型

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。     

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。     

不同长径比药柱的空气冲击波参数特性研究

为了研究爆破实践中常采用的不同长径比的柱状药包空气冲击波参数特性。根据动力模型实验的相似关系,设计制作了6组不同长径比的RDX(黑索今)药包,并完成了爆炸冲击波参数的测试实验。实验结果表明:药包长径比对冲击波性质有一定影响,冲击波最大压力上升时间随长径比的增大总体上表现为增大趋势;冲击波峰值超压随长径比的增大表现为减小趋势;冲击波正压和负压作用时间随长径比的增大基本保持不变。此研究的结果可作为进一步了解冲击波的参数特性和防爆安全的参考。     

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。     

辐射供暖房间外墙内保温结露及保温层厚度分析

冬季,外墙内保温板与墙体的结合面容易发生冷凝,从而产生结露甚至发霉现象.本文以上海地区既有建筑的内保温改造墙体为研究对象,建立了辐射供暖房间外墙的一维动态传热数学模型,采用理论与实验相结合的方法研究了冬季外墙内保温板与墙体的结合面的温度分布规律,并通过MATLAB软件模拟分析了不同室内空气状态、室外极端条件下保温层厚度对结合面结露的影响.结果表明：结合面的温度随着保温层厚度的增加而降低,随着室内温度的增加而升高;室内相对湿度越大,结露风险越大.     

爆炸冲击波空中传播特征参量的优化拟合

受测试技术和测试精度影响,空气中传播的爆炸冲击波特征参量的传统经验公式存在一定的差异,文中运用LS-DYNA有限元程序,以TNT为例,计算了空中爆炸冲击波的传播过程,采用仿真计算和文献数据相结合的方法得到了冲击波超压峰值、到达时间、持续时间和比冲量的改良预测公式;把空气中传播的冲击波分为升压阶段和降压阶段两部分考虑,以冲击波的各特征参数对冲击波的压力时程曲线进行了预测。结果表明,改良预测公式与试验数据较为吻合,且比早期的经验公式更为精确。运用这些新预测公式,可以对空中爆炸的冲击波特征参数和传播特性进行有效地预测。     

膜构造建筑室内热湿环境模拟计算

膜构造材料广泛用于各类建筑，其室内热湿环境与常规建筑有很大不同。以展览建筑为原型，构建了整体和具体模型，使用动态模拟程序TRNSYS求解，算得了经过不同透光率的膜构造建筑墙体、屋顶和地面的太阳辐射及温差传热，分析了室内湿度变化和吸湿膜可能达到的吸湿效果。研究表明，膜材料必须双层使用，外墙面积应尽量减小，地面热阻应尽可能增大，在此前提下采暖空调能耗可控制在合理范围内。吸湿膜的应用对于减小室内湿度有一定作用，但对于人员密集的会展建筑仍需采用通风等相应措施。计算结果与实验结果进行了对照验证，证明是合理的。     

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.     

凹陷地形对固体推进剂近地爆炸冲击波影响的数值分析

固体火箭发动机推进剂爆炸冲击波超压测试试验中,爆炸后地形的改变会使冲击波的传播过程和压力分布发生改变,导致超压测量结果小于理论计算结果。为了研究推进剂爆炸后地形结构对冲击波压力的影响,利用Autodyn软件使用Lagrange/Euler耦合的方法,计算了距离地面高度为1 m的950 kg推进剂在平整和凹陷两种地形工况下,爆炸冲击波的压力分布和贴地位置冲击波的超压曲线。结果表明,当推进剂下方存在凹陷地形时,地形的反射作用使推进剂爆炸形成的半球状冲击波波面压力在半球的上侧较高,而在半球的近地侧较低;而推进剂下方平整时,推进剂爆炸形成的半球状冲击波在半球近地侧较高,而在半球上侧较低。推进剂下方有凹陷地形时,爆炸形成的冲击波在贴地位置的压力比推进剂下方平整时小,同一贴地测点的冲击波到达时间也滞后。推进剂下方有凹陷时,爆炸冲击波超压曲线小于推进剂下方地形平整的超压曲线,这个结果解释了工程试验中大炸坑的推进剂爆炸超压试验中,超压的实测数据小于理论计算和数值仿真的现象。     

冲击波反射超压沿刚性墙面的分布规律

为得到冲击波反射超压峰值沿刚性墙体高度分布的规律,利用AUTODYN软件建立数值计算模型并进行求解,并与美军常规武器防护设计手册(TM5-855-1)计算结果进行对比分析。通过拟合得到了刚性地面上不同比例距离处冲击波超压峰值沿刚性墙体高度分布的计算公式,可为防爆墙及结构抗爆设计提供参考。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

复杂隧道中爆炸冲击波传播特性的数值模拟

炸药在隧道中爆炸时,由于受到隧道壁的限制,产生的空气冲击波的强度更大,危害更严重;同时隧道中的弯道、岔口影响着冲击波的传播。利用ANSYS/LS-DYNA对隧道中空气冲击波的传播进行了数值模拟,模拟结果与公式计算值基本吻合,验证了数值模型和参数选取的合理性。在此基础上,对冲击波在遇到转弯、岔口的情况进行了数值模拟,模拟结果表明,弯道可以削减10%～15%的超压峰值;岔口中主通道冲击波峰值为直通道的70%～80%,支通道为15%～25%。     

爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波传播规律

为了研究爆炸荷载作用下覆土库外部冲击波的传播规律,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合将覆土库结构破坏与冲击波传播先后模拟的新手段,对覆土库外部距爆心比例距离小于15 m/kg^(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg(1/3)范围内空气冲击波的传播过程进行模拟,并对模拟所得不同测线方向(0°、60°、90°、135°和180°)冲击波峰值超压和冲击波到达时间进行分析。结果表明:测点距爆心比例距离在1～15 m/kg^(1/3)范围内,随比例距离的增大,在60°和90°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从87.63%降到26.39%;在135°和180°测线方向,冲击波峰值超压衰减率从81.19%降到1.39%。随着测点距爆心比例距离的增大,冲击波峰值超压呈指数型衰减,冲击波到达时间呈线性增加。     

某炸药库内爆作用下坑道内隔爆防护墙厚度估算

文章以某炸药库安全评估工程的实际问题为背景,考虑到周围墙体的限制,坑道内的冲击波得以加强,以及附近坑道施工不受到影响为原则,通过数值模拟和简单公式,分析了10 t炸药库的爆炸破坏作用,提出了内爆作用下隔爆防护墙厚度的估算方法,并研究在一定的冲击波作用下隔爆防护墙的厚度,为安全评估提供参考。     

密闭空间内爆炸缩比相似模型研究

以相似理论为基础,对密闭空间内爆炸毁伤参数进行量纲分析,建立密闭空间内爆炸相似模型,用LS-DYNA进行原模型装药递增直至结构破坏计算,并以结构产生裂纹的临界装药量进行缩比系数分别为0.8,0.6,0.4,0.2,0.1的缩比模型仿真计算。结果表明,结构尺寸不变而药量变化时壁面的冲击波服从相似规律;反射超压服从以受单、双及三面墙影响分开考虑的相似规律;冲量由于受结构破损影响不服从相似规律;缩比系数不小于0.1时缩比模型与原模型壁面的冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量服从相似规律,缩比模型冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量与原模型最大相对误差分别为3.3%、4.96%、5.1%;随缩比系数的减小,结构壁面的冲击波超压及冲量呈现出离散分布特性,相似程度有所降低。在研究的缩比系数范围内,可利用缩比模型试验结果预测原模型内爆炸毁伤效应。     

并联阻尼结构液压缓冲器冲击波形仿真

采用环形缝隙和阻尼孔并联结构的液压缓冲器,利用液体的可压缩性和活塞腔流体出流面积迅速缩小,使活塞腔压力瞬间升高,对被测试件实施冲击。建立该缓冲器的数学模型,对其冲击波形进行仿真。结果表明,环形缝隙和并联阻尼孔面积是影响冲击波形的关键因素,减小环形缝隙或并联阻尼孔面积,冲击时间缩短,冲击加速度峰值增大,调节并联阻尼孔面积,可以调节冲击波形。该缓冲器可用于跌落式冲击试验机或双波冲击试验机中,对被测试件实施较为严酷的冲击。     

近地面云雾爆轰超压场的数值模拟及其毁伤效应

采用爆炸动力学程序Object-MMIC数值模拟了FAE爆炸超压场的时空分布,分析了针对有生力量的冲击波毁伤半径及面积的变化规律。研究表明:云爆超压场可分为三个区,由爆炸中心向外分别为云雾爆轰直接作用区、爆轰产物和冲击波联合作用区及冲击波作用区;云爆冲击波的毁伤面积随固定云爆体积内总能量线性增加。