温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

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.     

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道。利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形。通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征。试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍。利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99。表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力。     

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。
     

坑道口部内爆炸冲击波传播速度规律的数值分析

准确计算坑道口部内爆炸条件下冲击波传播速度的变化,是确定坑道内主动消波设备时间响应指标的关键。为此,基于AutoDyn进行5种不同工况的坑道内爆炸计算。采用量纲分析构建了冲击波传播速度的工程模型,通过对数值计算结果的拟合确定了模型的系数。与坑道化爆实验的实测值进行分析比较表明,所拟合的坑道内冲击波传播速度的经验模型最大误差为15%,作为一种工程方法而言具有较强适用性。     

坑道口部内爆炸冲击波传播速度规律的数值分析

准确计算坑道口部内爆炸条件下冲击波传播速度的变化,是确定坑道内主动消波设备时间响应指标的关键。为此,基于AutoDyn进行5种不同工况的坑道内爆炸计算。采用量纲分析构建了冲击波传播速度的工程模型,通过对数值计算结果的拟合确定了模型的系数。与坑道化爆实验的实测值进行分析比较表明,所拟合的坑道内冲击波传播速度的经验模型最大误差为15%,作为一种工程方法而言具有较强适用性。     

空气冲击波在爆炸塔有限空间内传播规律研究

为了研究爆炸塔内乳化炸药爆炸冲击波的传播规律,利用冲击波传感器对不同药量和不同距离条件下冲击波超压进行了测试。结果表明:空爆冲击波超压随着爆心距的增加而减小但并不是呈线性递减,并且随着药量的增大而增大;反射波平均超压约为入射波的1.2倍。通过比较实验测试值与传统的理论经验公式计算值,发现入射冲击波超压相对误差在5%～40%,主要因为乳化炸药的TNT当量系数选择偏小;而反射冲击波超压相对误差在50%～133%,其原因为传统的反射超压计算公式主要针对刚性壁面,但爆炸塔内地表和墙壁铺设的为多孔隙材料,具有一定的吸能作用,且雷管碎片及爆炸产物飞出影响爆炸塔内流场。最后,基于实验测试结果及爆炸相似律原理回归拟合出适用于爆炸塔的冲击波超压计算公式,经过拟合修正后平均相对误差约在12%左右。     

快速拼装式防爆墙消波性能试验研究

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明:作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级,比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大;有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压,防爆墙的消波效应可达50%以上;比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能,随着墙后比例距离的增大,消波效应系数逐渐减小。     

泡沫铁镍金属抑制瓦斯爆炸冲击波的实验研究

为探求新型有效阻隔瓦斯爆炸装置,研究适合煤矿使用的抑爆材料,利用自行设计加工的断面为30cm×30cm方形爆炸实验管道,对不同参数的多孔泡沫铁镍金属材料的衰减超压效果分别进行了实验研究。实验结果表明,多孔泡沫铁镍金属具有一定的吸波能力,抗冲击性能较强,衰减管道内瓦斯爆炸冲击波效果良好,衰减率在12.9%～73.8%之间;孔径、相对密度及厚度是影响其衰减性能的重要因素,适当降低孔径、增加相对密度与厚度有利于提高多孔泡沫铁镍金属材料的衰减冲击波性能,而其中铁镍基体材料成分比例对其衰压效果影响不大。     

扫雷防护装具对胸腹部冲击波防护性能测试技术研究

为研究爆炸冲击波作用下扫雷防护装具对胸腹部的防护性能，探索高效试验方法及测试手段，健全单兵防护装备试验研究指标体系，提升单兵防护装备整体性能。以两套扫雷防护装具为试验研究对象，在不同密封处理条件下基于HybirdⅢ假人模型模拟设计了扫雷排爆作业手在典型跪姿作业姿态下的实爆试验。爆炸冲击波通过50 g TNT药柱爆炸产生，在假人模型胸腹部处安装两个壁面超压传感器对4次实爆试验产生的冲击波超压进行实测，并以爆源为基准在相对同一距离设置了自由场压力传感器用于测试数据对比。利用假人数据采集系统获取了冲击波侵彻扫雷防护装具经衰减后，超压作用到胸腹部的全过程数据。通过数据处理得到了胸腹部遭受爆炸冲击时的压力-时间曲线，并对超压峰值衰减率进行了对比分析。试验结果初步验证了接缝处密封性能越好，防护性能越高，从而表明高密封性能的防护装具对爆炸冲击波的绕射有一定的阻碍衰减效果，可一定程度降低叠加超压对胸腹部造成的损伤。本文试验设计与数据分析可用于后续装备性能改进和试验方法研究。     

冻土层下球状药包爆破方法

介绍了季节性冻土层下球状药包爆破方法以及爆破漏斗的形状。根据爆破漏斗试验结果并从冻土层受力破碎特点出发,对冻土层的破碎机理进行了定性分析。分析表明,球状药包爆炸时,冻土层的破坏类似于壳体的弯曲变形破坏。与常规的钻孔爆破法相比,采用冻土层下的球状装药爆破法,可有效地控制爆破过程的飞石,降低爆破成本,加快施工速度。文中同时给出了冻土层爆破的合理爆破参数。     

Passive explosion suppression by blast-induced atomisation from water containers

The experimental findings of a combined wind tunnel and field-scale explosion study of blast-induced water release and its effect on blast suppression are reported. The release of water, and its subsequent atomisation, from containers both with open and partly enclosed surfaces, was first studied in a wind tunnel. An array of water containers were then placed at differing positions from the ignition point, together with flame acceleration obstacle arrays at fixed positions, inside a 5.1 m long by 0.3 m(2) cross-section explosion duct. The droplet size and the minimum flame speed necessary for the container array to suppress the explosion were found to depend upon the number of containers in the array and on their shape and size. One particular container array extinguished the flame when placed at any position beyond 1.7 m from the ignition point. When extinction was observed the internal over-pressure was substantially reduced and the external over-pressure completely eliminated. This study suggests a new approach toward passive explosion suppression.     

腔体消波机理数值模拟及其耦合抑爆剂抑制爆炸试验研究

以数值模拟方法对500 mm×500 mm×200 mm(长×宽×高)腔体进行分析,发现该腔体具有良好的抑制瓦斯爆炸冲击波的效果。考虑到井下瓦斯爆炸可能引起煤粉二次爆炸,从而进行岩粉、水、MCA粉(三聚氰胺氰尿酸盐)在铺设煤粉条件下耦合腔体的对比试验,从煤粉二次爆炸、爆炸火焰和爆炸冲击波峰值超压的抑制情况来判定抑爆效果。由实验结果,100 g MCA粉和500 g岩粉可完全抑制煤粉二次爆炸,140 g MCA粉和600 g岩粉可完全抑制爆炸火焰,600 g水既不能完全抑制煤粉二次爆炸也不能完全抑制爆炸火焰,100 g的MCA粉、岩粉、水的抑制率分别为24.95%,-10.08%,5.54%。由此得出结论MCA粉耦合腔体各方面抑爆效果最优,岩粉对抑制煤粉二次爆炸和抑制爆炸火焰的性能优于水,水在抑制爆炸冲击波峰值超压的效果优于岩粉。     

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。     

基于小波、小波包两种方法的爆破振动信号对比分析

在小波、小波包的理论基础上,结合某市城市建设中基岩爆破中振动监测数据,采用这两种方法对同一爆破振动信号在信号去噪、对细节信号的处理、信号的分解与重构方面将两种方法的应用和效果进行了对比。分析表明,采用小波包技术研究爆破地震波信号比小波分析技术有更强的灵活性,能更加完整地反映爆破振动信号的特征。     

爆炸荷载作用下坑道结构振动响应及影响因素分析

根据爆炸荷载条件下的模型坑道试验,运用LS-DYNA显式动力分析软件,对试验中典型坑道段在顶爆和侧爆作用下的动力响应进行了数值模拟计算,研究了模型坑道结构在爆炸荷载下的最大振动加速度分布特征,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,计算结果和实测结果基本吻合,能够真实反映爆炸荷载下坑道结构的振动响应。最后对不同单个影响坑道振动的截面形状参数进行了一系列数值计算,分析了在相同爆炸荷载下单个特定参数对坑道振动影响规律。     

角联管网瓦斯爆炸冲击波与火焰波的传播特性

为了得出实际管网中瓦斯爆炸冲击波、火焰波的普适性传播特性,搭建了角联管网实验系统。通过平均升压速率和爆炸威力指数表征冲击波传播特性;通过火焰传播速率表征火焰波传播特性。结果表明:冲击波在角联管网中传播时出现了多次衰减与叠加,冲击波的正向传播和冲击波在管网所有互连管道中的反向传播叠加在一起,导致冲击波的传播呈现复杂无序状态。冲击波传播在不同的管道结构时,经过45°分岔管道时爆炸威力最大;在斜角联支管中,压力损失最大,超压爆炸威力下降幅度最大,火焰波传播速率最快;底部直管中的火焰波传播速率最慢。可为瓦斯爆炸灾害发生后应急救援方案的制定提供理论参考。     

挡墙对爆炸冲击波传播影响的数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法,采用有限元软件AutoDyn,对TNT 炸药地面起爆后,爆炸冲击波遇到挡墙时的传播规律进行了三维数值模拟。分析了炸药在自由空气中,刚性地面上,沙土地面上起爆情况下,对不同方向超压分布的影响,研究了当冲击波遇到挡墙时其迎爆面的超压和比冲量分布及冲击波绕射之后挡墙后方的超压和比冲量分布规律。分析结果表明:炸药起爆环境对冲击波超压有明显的影响,其影响程度随方向而定。爆炸冲击波遇到混凝土挡墙后将产生约2 倍于入射压力的反射超压;在比距离较小时,挡墙迎爆面的最大压力和比冲量均出现在挡墙底部。爆炸冲击波绕过挡墙之后将会发生环流汇聚现象,并且在冲击波相互碰撞下汇合处的超压较大。     

单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性的研究

通过对单个球形装药浅层水中爆炸的模拟试验研究,分析了在涉及边界影响条件下水中爆炸冲击波参数的分布和变化规律,拟合了相应的计算公式。试验数据能较好地反映浅层水中单个球形装药爆炸冲击波的传播规律     

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。