水下钻孔爆破水击波的传播规律及气泡帷幕对水击波的削减作用

结合长江航道莲沱段炸礁工程,用LS-DYNA软件对水下钻孔爆破进行数值模拟,研究水击波的传播规律和气泡帷幕对水击波的削减作用,分析了水下钻孔爆破3个方向上水击波的传播特性。结果表明,水下钻孔爆破水击波在炮孔轴线方向衰减最为明显,其次是与炮孔轴线夹45°角的方向,而最小抵抗线方向衰减最慢;且改变水深时,结论仍成立。同时,研究了不同位置的气泡帷幕对水击波峰值压力的削减效果。结果表明,气泡帷幕对水击波起到了良好的削减作用;且气泡帷幕离爆源较近时,对水击波的削减效果更好。     

水下钻孔爆破水击波特性及气泡帷幕削压效果研究

水下钻孔爆破水击波对临近结构均会产生较大危害,研究水击波特性及气泡帷幕削弱水击波效果对控制有害效应具有重大意义。依托实际工程开展现场试验,研究水下钻孔爆破水击波特性及传播规律和气泡帷幕削压效果。研究结果表明:微差爆破各段别引起的水击波波形存在一定的叠加效应,水击波峰值压力不一定由单段最大药量引起;根据测点爆心距R、峰值压力及相应装药量Q_p进行水击波峰值压力进行拟合,能够得到较好的拟合效果。在稳定而连续的气泡帷幕作用下,水击波脉冲效应削减明显,大幅降低了水击波峰值压力,降低率达到90%以上。     

气泡帷幕对水中冲击波峰值压力衰减特性的研究

通过对气泡帷幕衰减水中冲击波作用现象进行分析 ,基于实验结果 ,采用爆炸相似律理论 ,得到了适用于工程实际计算的经验表达式 ,并引入气泡帷幕的削波系数 ,对工程实际运用和计算装药水下爆炸对渔类的安全距离提供了理论依据和计算方法。     

气泡帷幕对水中冲击波峰压力衰减特性的研究

通过对气泡帷幕衰减水中冲击波作用现象进行分析,基于实验结果,采用爆炸相似律理论,得到了适用于工程计算的经验表达式,并引入气泡帷幕的削波系数,对工程实际运用和计算装药水下爆炸对渔类的安全距离提供了理论依据和计算方法。     

供风量对水下爆炸冲击波气泡帷幕消波效应的影响

为了减小水下爆破冲击波的危害,在某河道开展了气泡帷幕消减水下爆炸冲击波的现场试验。将300 g乳化炸药和2支PCB压力传感器同时悬吊在水面以下4.5 m深,乳化炸药位于中间,2支PCB传感器等距离位于两侧,且三者处于一条水平直线上,每支传感器与乳化炸药的水平距离为12 m。将气泡帷幕发生器置于其中1支传感器与炸药之间,与炸药水平距离为4 m。调节供风量产生相应的气泡帷幕,引爆炸药后测试两侧冲击波峰值压力,并计算有气泡帷幕一侧相比于无气泡帷幕一侧的冲击波压力下降幅度,对比分析了不同供风量形成的气泡帷幕对冲击波的消减效应。结果表明,供风量由0.938 m³/min增加到7.5 m³/min,冲击波峰压的消减幅度由77.507%增加到88.554%,供风量继续增加到29.1 m³/min,冲击波峰压的消减幅度缓慢增加到90.102%。可见,气泡帷幕对水下冲击波的消波效果随着供风量的增加而增加,但综合考虑电能消耗和消波效果,在本试验条件下供风量7.5 m³/min最为可取。     

不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波衰减特性研究

为了研究不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波的衰减特性,采用高速摄像探究气泡帷幕在受到冲击波冲击后形态变化,结合冲击波压力时程曲线进行分析。结果表明,气泡帷幕中的气泡受到冲击波作用后会发生数次膨胀收缩行为,随着气流量增加,气泡膨胀的最大直径增大,第一次膨胀收缩周期变长;且气泡帷幕对水下冲击波压力有很强的衰减作用,气流量上升幅度越大,冲击波压力峰值衰减越明显,在气流量40 L/min下,冲击波峰值衰减高达88.98%;气流量大于20 L/min后,冲击波冲量衰减幅度均大于50.00%。针对气流量大小与压力峰值下降幅度的关系进行曲线拟合,提出适用于该工况下的经验方程,以期指导实际工程。     

气泡帷幕衰减水中冲击波频谱特性实验研究

在小型爆炸实验水池中测量冲击波通过气泡帷幕后的压力,对结果进行FFT变换并进行频谱分析.得到了气流量、帷幕层数、孔径等帷幕参数改变时对水下冲击波频谱特性的影响,为气泡帷幕在工程中的实际应用提供依据.     

气泡帷幕对水中冲击波衰减特性的数值模拟研究

为深入研究气泡帷幕在深水岩石爆破中减少爆破危害的机理,对深水岩石钻孔爆破中气泡帷幕对水中冲击波的衰减特性进行了理论分析,建立了气泡帷幕距离被保护目标分别为50 cm、250 cm、450 cm的三个简化深水岩石钻孔爆破数值模型,通过计算得到了相应的冲击波压力时程曲线,通过对峰值压力、比冲量等的分析得到了气泡帷幕对水中冲击波的衰减特性。本研究结果可为深水岩石钻孔爆破工程实践中的冲击波防护提供了参考。     

预裂爆破与气泡帷幕技术在水下爆破中的应用

为减少水下爆破施工对附近建筑的不利影响,讨论了采用预裂爆破、气泡帷幕等减振、防护措施的可行性,并以大连长兴岛大船重工船坞坞口周边炸礁工程为例进行详细说明。实践结果表明,在进行钻孔爆破时,采用预裂爆破、气泡帷幕等减振、防护措施可以对爆破地震波及水击波实施控制,把爆破影响降到建筑安全容许的范围内,保证了附近30万t级船坞和修船码头的安全,达到了预期效果,可为类似工程提供参考。     

乳化炸药压力减敏作用与敏化气泡含量的关系

分别在乳胶基质内添加0.10%、0.15%和0.25%的H发泡剂,制得3种乳化炸药.在相同的实验条件下,分别测试它们受冲击波作用前后水中爆炸冲击波,利用冲击波的峰值压力,计算出压力减敏程度,从而比较和分析它们的抗压性能.结果表明气泡含量对乳化炸药的压力减敏有较大影响,发泡剂含量由0.10%增加到0.25%时,乳化炸药发生压力减敏的程度逐渐增加,抗压性能明显下降.分析认为,敏化气泡分布结构的变化和局部乳胶体的破乳是乳化炸药发生压力减敏的原因,敏化气泡含量越高,分布结构越容易发生变化,破乳的乳胶体所占比例也越大,越容易发生压力减敏.     

水下爆炸气泡射流对船体破坏效应研究

兵器水下爆炸时,由于船体边界存在影响了气泡自由膨胀,使气泡上升过程中会朝船体方向运动,气泡被船体吸引破裂后形成的高速水射流是舰船结构毁伤的重要因素。基于GeersHunter理论,将射流形状等效为水柱射流,采用数值仿真计算方法研究气泡射流对舰船结构的破坏效应。研究结果表明:气泡射流对船体结构的二次加载压力能使船体外板出现较大范围的塑性变形,使船体结构受到严重二次毁伤。     

水底爆炸气泡脉动特性

为研究水底爆炸气泡脉动特性,采用PAMFLOW软件和基于JWL状态方程的气泡脉动计算程序对水底爆炸气泡脉动特性进行了数值计算,并用经验公式对自由水域爆炸气泡脉动特性进行了计算.计算结果表明水底爆炸在整个气泡运动过程中,气泡的中心向海底贴附,并形成指向海底的高速射流,气泡被压扁;水底爆炸的气泡膨胀半径大于在无限水域中爆炸;2种数值计算结果比较吻合,且与经验公式计算结果相符,说明采用这2种数值计算方法来研究水底爆炸气泡脉动特性合理.     

水下爆炸气泡脉动的数值研究磁

利用AUTODYN软件模拟PETN药柱和TNT球形装药水下爆炸气泡脉动的过程,分析了脉动周期与最大半径随装药量、爆炸深度的变化规律。结果表明：当炸药所处的爆炸深度一定时,气泡膨胀最大半径与初始半径的比值、气泡脉动周期与初始半径的比值均为一个定值;一定质量的TNT装药水下爆炸时,气泡最大半径随爆炸深度呈指数形式变化且该变化规律与装药量无关;在不考虑重力的影响下,装药的爆炸深度一定时,当装药的初始半径成倍增加时,气泡脉动最大半径亦成相同倍数增加。     

多层差异性气泡帷幕对水下爆破冲击波的衰减效应的试验研究

为评估气泡帷幕产生的气水混合层对冲击波能量的衰减效应,设计了乳化炸药水下延期爆破试验,研究气泡帷幕对水下爆破冲击波的影响。以冲击波斜入射条件下波阻抗差异性为研究对象,设计多层差异性气泡帷幕。以距爆心12 m处帷幕前、后测点处的冲击波衰减率为评价指标,测得多排孔气泡帷幕前测点处的冲击波压力峰值为1.518 MPa和1.493 MPa,帷幕后测点处的冲击波压力峰值为0.026 MPa和0.034 MPa,冲击波综合衰减率为97.72%⁹8.29%。与陆上岩石爆破冲击波传播规律相比,水下爆破冲击波作用时间短,波阵传播速度快,冲击波压力更大,且传递过程中能量损耗少,传递效率高,同等爆破当量的条件下水下爆破对结构的损害更大。采用多层差异性气泡帷幕对水下爆破施工进行防护,可以在完成水下炸礁爆破施工任务的同时,不破坏水下生态环境。     

水下爆炸气泡与海底相互作用研究

假设水下爆炸气泡阶段的流场为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,基于势流理论,引入涡环模拟气泡的环状气泡阶段,运用边界元法模拟流场中气泡的运动,开发三维气泡动态特性模拟程序,将计算值与实验数据进行对比分析,结果表明,计算值与实验数据吻合较好.基于所开发的程序模拟了多种工况下气泡的动态特性,包括弱浮力、强Bjerknes力,强浮力、弱Bjerknes力以及浮力与Bjerknes力相等时水下爆炸气泡与海底的相互作用,并将各种工况的计算结果与Blake准则进行对比分析及讨论.在此基础上,进一步对比分析了不同工况下气泡的开尔文冲量(Kelvin Impulse),射流速度以及壁压等重要特征量.旨在为近壁面气泡的动态特性研究提供参考.     

水下爆炸气泡图像边界提取方法

为准确提取水下爆炸气泡图像边界,尝试采用在边界识别中常用的canny算子边缘检测方法,但结果并不理想。在此基础上提出了先将灰度图像转换成索引图像,采用二维离散小波分解方法小波变换方法对索引图像进行分解,针对分解的图像轮廓部分主要体现在低频部分的特点对低频部分进行增强处理,对高频部分进行衰减处理,然后对处理后的图像进行canny算子边缘检测。结果表明:小波增强后的canny算子边缘检测方法处理出来的气泡图像边界清晰,可作为进一步分析研究的依据。     

液电脉冲激波肉类嫩化研究

提高肉类嫩度一直是肉类加工科学的研究重点。其中将液中高压脉冲放电产生的强力激波作用于肉制品是一种纯物理提高肉类嫩度的新型方法。本文构建了液电脉冲激波肉类嫩化试验平台,通过试验和数值模拟两方面分析了作用到肉类表面的激波强度,并以牛、羊、猪里脊为研究对象,基于剪切力肉类嫩度测试方法评估了多次激波作用对肉类嫩度提高的效果。试验结果表明,较少的激波作用次数即可使肉类嫩度值下降14%以上,且试验平台中的液电脉冲激波嫩肉装置可以有效地汇聚激波、增加肉类表面的激波强度。     

模拟不同海拔水下爆炸气泡动态特性研究

不同海拔高度进行水下爆破工程时,因水体表面气压随海拔的升高而线性降低,其装药爆炸产生的气泡脉动过程及气泡大小将会发生一定的变化。通过爆炸载荷的测试以及高速摄影2种测试方法对气泡脉动进行了研究。结果表明:在海拔0～4 500 m范围内随着气压降低,气泡脉动周期按二阶多项式规律显著增大,2种方法所得数值误差小于3.8%,数据一致性较好;在海拔0～3 500 m范围内气泡最大半径随海拔升高而线性变大,而4 000 m和4 500 m有突跃变化。将研究结果与水下爆炸气泡周期理论公式进行了比较,并对理论公式在低气压这一特定条件下进行修正,得出的气泡脉动周期系数由原来的2.11修正为1.995,而气泡最大半径系数是一个与海拔有关的一次函数。     

水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析

以内加筋圆柱壳为研究对象,对近距离非接触爆炸作用下气泡的脉动载荷以及气泡溃破高速射流对内加筋圆柱壳结构的毁伤机理进行计算分析,并且探讨结构参数、药包位置等相关物理量对结构变形特征与毁伤模式的影响。研究结果表明,水下爆炸气泡膨胀产生的膨胀脉动冲击造成结构的整体变形,另一方面气泡溃破所造成的高速射流(速度 > 100 m/s)则会对局部区域造成严重破坏,弹塑性边界以及自由液面效应会对气泡的形状产生显著的影响。