爆炸冲击波在空气中传播规律的经验公式对比及数值模拟

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行对比分析,发现不同学者对冲击波超压峰值和超压持续时间的预测结果存在不少差别,文中总结出能较好地描述冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式。同时用LS-DYNA动力有限元软件模拟TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果。故有必要对爆炸冲击波进行进一步的研究。     

爆炸冲击波伤害破坏作用定量分析

针对爆炸事故后果定量分析中存在的模糊认识,对冲击波超压估算方法和爆炸能量计算模型进行了系统论述.冲击波的破坏伤害作用主要取决于峰值超压的大小,立方根比例定律是定量估算冲击波超压最常用的方法.物理性爆炸产生的能量大小与容器内介质的状态和容器的容积有关,化学性爆炸能量的大小主要取决于参与爆炸性燃烧反应的可燃物质的量和燃烧热.蒸气云爆炸能量的估算方法主要有TNT法和TNO法两种,蒸气云爆炸及爆轰的破坏伤害作用既可使用立方根比例定律进行分析,也可以直接使用相关经验模型.     

触地核爆炸冲击波效应的数值模拟研究

围绕触地核爆炸冲击波效应问题进行了数值模拟研究,分析了纯土介质和岩土混合介质中应力波的传播衰减特征及介质的动力响应特性,地下存在的软土层对爆炸冲击波所产生的峰值超压、最大位移、有效塑性应变存在着削减作用,并开展了纯土介质中触地爆的数值模拟,分析了土介质中爆炸应力波的传播过程和对应力波超压峰值、质点最大速度等,数值模拟得到的应力波传播过程和经验研究较为符合,且计算得到的应力比超压峰值和质点最大速度与经验公式拟合较好,验证了所采用的数值模拟方法的合理性和数值模型参数的准确性。     

重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨

由于爆炸过程的不稳定和爆炸测试的不确定性，由已有的预测爆炸荷载的经验公式和图表所得到的爆炸荷载存在较大差异，不便于工程应用。在查阅了各国抗爆规范和大量文献，搜集了大量已有的经验公式和图表的基础上，分析和计算了不同比例距离下的反射超压和假想比例持续时间。运用统计学方法求得各比例距离下具有90%保证率的反射超压和假想比例持续时间，拟合得到了爆炸荷载反射超压及假想比例持续时间与比例距离的关系曲线，可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值。拟合公式确定的爆炸荷载参数稍大于人防规范和UFC规范中的规定取值，偏于安全，较为合理。     

钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应分析

为避免或减轻爆炸冲击波对建筑物的破坏作用,对钢板-砂土-钢板组合防爆墙对爆炸冲击波的防护效应进行了三维数值模拟研究。为分析防爆墙对爆炸冲击波的防护作用,提出了超压防护效应系数概念,分析了药量、爆距、结构高度等参数对组合结构防护效应的影响;给出了各比例爆距、比例墙高条件下防护效应系数的计算公式,得到了组合防爆墙背波面空气冲击波超压的预测模型。研究表明,比例爆距减小、墙高增大时,防爆墙对冲击波的防护效应增强。     

基于瞬时结构动力作用下的火工试验塔结构防护设计

根据爆炸冲击作用下的冲量经验公式及冲击波入射超压计算公式,得到某火工试验塔工作时冲击波荷载时程曲线和弹性体系计算分析模型,并据此完成结构设计。     

地面爆炸二维数值模拟的网格尺寸分析

爆炸冲击波的数值模拟结果受网格尺寸的影响很大,不同维度的数值模拟所需的最佳网格尺寸不同.研究了刚性地面爆炸中任意质量半球形TNT炸药起爆后,在任意比例距离处采用二维数值模型确定峰值超压等冲击波参数所需的最佳网格尺寸问题.提出了二维模型网格尺寸与TNT质量的三次方根成正比的假设.对比了3种TNT炸药质量,分别采用12种比...     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

适用于计算机程序计算的湿空气计算方法

本文旨在提出一种适用于计算机程序计算的湿空气状态参数计算方法。本文通过采用最小二乘法对饱和水蒸气压力试验数据进行分段二次多项式拟合,由此得出一个分段计算函数,并提出建立在此分段函数基础上的湿空气状态参数计算方法。通过与已有经验公式及实验数据对比表明此方法具有较高的计算精度。经过实践证明,此方法适用于编写需要进行湿空气计算的相关计算机程序。     

圆柱形爆炸容器抗爆特性的试验研究

在圆柱形爆炸容器内开展内爆试验,分析了不同当量TNT作用下爆炸容器内爆载荷,对比了单层结构和多层复合结构中壳体应变响应的差异。试验结果表明：圆柱形爆炸容器内正对爆心位置的冲击波峰值最大,沿着圆柱壳体向下反射超压和比冲量逐渐减小;多层复合结构相比于单层结构,壳体应变峰值减小,应变增长趋势减弱,应变持续时间缩短,综合抗爆能力增强。     

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线.并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式.对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不...     

环境对密闭房间内天然气泄漏及爆炸的影响

采用数值模拟方法研究密闭空间内可燃气体爆炸,并与实验结果对比。分析气温和海拔高度对密闭房间内天然气泄漏后浓度分布及其爆炸传播的影响,并得出拟合公式。结果表明:当环境温度从250 K升到310 K,泄漏的甲烷增多,到达爆炸下限浓度的时间变短;爆炸超压峰值下降,压力达到峰值所需时间缩短。当海拔高度从4 m升到2 808 m,泄漏的甲烷增多,达到爆炸下限时间呈直线下降。     

H型钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应及破坏模式研究

本文使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立H型钢梁模型,并利用CONWEP方法对其施加爆炸荷栽。分析了当炸药位于钢梁正下方时,作用在H型钢梁上的爆炸荷栽压力分布和H型钢梁在爆炸荷栽作用下的动力响应及炸药位置等参数对其动力响应的影响。得到以下结论:作用在钢梁上的爆炸荷栽最大超压峰值出现在炸药投影点处,其他点处荷载超压峰值与最大超压峰值的比值与炸药距离H和距投影点的距离R有关;在爆炸荷栽作用下,H型钢梁易发生端部剪切破坏,其塑性变形主要出现在梁端部腹板处;随着炸药靠近梁端部,使得钢梁发生端部剪切破坏时的最大比距离增大。     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

某大桥钢箱梁竖向温度梯度模式研究

结合某实际工程的监测数据,分析钢箱梁温度与挠度变化确定合理合龙时间,结果发现国内规范的竖向温度梯度与无铺装层下钢箱梁的温度实测值存在一定偏差。研究通过实测数据与国内外相关规范对比分析,建立合理的无铺装层下的钢箱梁温度梯度拟合公式。研究工作对主梁标高提供温度修正的依据,对钢箱梁的施工有参考价值,并为完善过呃逆竖向温度梯度相关规范提供了数据积累与参考。     

重复爆炸条件下地冲击效应试验研究

为探索常规武器重复打击下岩石介质中压力波及正压作用时间随传播距离的增加而衰减的规律,进行岩石介质中不同比例装药和比例距离的一次钻孔爆炸和重复钻孔爆炸试验。试验结果表明：在相同试验条件下,相同测点处一次钻孔爆炸所产生的峰值压力和正压作用时间要小于二次钻孔爆炸,其衰减速度要低于二次钻孔爆炸,但其衰减趋势均符合岩石介质中压力波衰减规律。对试验结果进行分析,给出峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而衰减的关系曲线,并拟合得出相应的经验公式,揭示峰值压力和正压作用时间随比例距离增加而呈指数衰减的规律。     

基于高阶矩的非高斯风压极值计算EI北大核心CSCD

基于采样时长较长的风洞试验数据,在Hermite多项式的基础上提出了计算风压极值的简化公式。采用Winterstein提出的近似解析式计算Hermite多项式的相关参数,根据风洞试验数据拟合得到了简化公式中的未知系数。将数据的极大值和极小值作为参考值,对拟合后的简化公式精度进行了评估。在极大值评估中,对比了简化公式与现有Hermite计算式的精度,其中后者的参数采用Yang等提出的近似解析式计算。研究结果表明,在不同采样频率、时距及风洞试验数据下,简化公式估计极大值精度较高,估计极小值则存在较大相对误差,但由于极小值数值较小,其实际差异不大。     

基于高阶矩的非高斯风压极值计算

基于采样时长较长的风洞试验数据,在Hermite多项式的基础上提出了计算风压极值的简化公式。采用Winterstein提出的近似解析式计算Hermite多项式的相关参数,根据风洞试验数据拟合得到了简化公式中的未知系数。将数据的极大值和极小值作为参考值,对拟合后的简化公式精度进行了评估。在极大值评估中,对比了简化公式与现有Hermite计算式的精度,其中后者的参数采用Yang等提出的近似解析式计算。研究结果表明,在不同采样频率、时距及风洞试验数据下,简化公式估计极大值精度较高,估计极小值则存在较大相对误差,但由于极小值数值较小,其实际差异不大。     

结构抗爆计算分析与防护策略

随着恐怖袭击事件的日益增多,建筑物的抗爆问题开始受到关注.本文重点在于研究结构抗爆计算分析中存在的主要问题以及抗爆防护的新措施.首先,针对选用峰值超压作为空气冲击波的破坏判据以及选用建筑场地的振动峰值速度作为爆炸地震动的破坏判据这类常规经验分析方法,分析了它们的局限性,并提出了对应计算分析中值得注意的重要问题以及衡最爆炸地震动破坏的新判据.然后,分别就空气冲击波和爆炸地震动的防护措施提出了一些新的设想.研究指出:传统抗爆计算分析方法不能反映爆炸作用的动力累计效应,应在修正介质本构关系模型和强度理论的前提下引入动力学的方法进行计算分析;同时,结构抗爆措施应采取以削弱爆炸的入射能量为主而以抑制结构动力响应为辅的防护策略.     

混凝土板在近距离化爆作用下的相似分析

通过对爆炸作用的JWL方程和混凝土的HJC模型量纲分析,得到了混凝土板在化学爆炸作用下响应的相似关系,相似关系表明化学爆炸的爆压与比例距离有关,爆炸冲击波载荷作用下,在相同的缩放比例条件下,结构应力和应变满足几何相似模型律。