起爆位置偏差对结构内爆炸荷载的影响分析

针对结构近距内爆炸试验所得的内爆炸荷载数据离散较大的特点,建立考虑起爆位置偏差影响的三维有限元内爆炸流场计算数值模型,对比试验数据验证了数值计算模型的合理性.采用数值方法计算了起爆位置有偏差时的内爆炸流场,对比分析了起爆位置偏差对结构近距内爆炸荷载的影响.结果表明：结构内爆壁面反射超压峰值对起爆位置偏差非常敏感,拟合得到了起爆位置偏差距离对超压峰值影响系数的经验计算公式;起爆位置偏差对冲量影响很小,其最大相对差值不超过2%.     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

地下建筑内爆炸冲击波荷载分布规律研究

针对地下建筑结构或高层建筑地下室对爆炸灾害防护设计的需要,研究了建筑内爆炸冲击波在房间墙体开口及通道中的传播过程。通过与相关内爆炸模型试验数据对比,确定了合理的有限元内爆炸数值模型和计算参数,在此基础上模拟分析了内爆炸空气冲击波流场及爆炸荷载分布规律,重点研究了装药量与爆室容积比(W/V)、爆室墙面开口面积与房间容积参数V2/3比(A/V2/3)等因素对建筑内外空气冲击波及壁面反射冲击波的影响,根据大量计算结果,拟合给出了由爆炸间开口向外泄露的空气冲击波压力峰值衰减公式。     

爆炸冲击波在钢管混凝土柱表面压力分布试验研究及数值模拟

为了解决爆炸荷载下钢管混凝土柱表面冲击波压力实际分布和数值模拟存在偏差的问题,通过开展钢管混凝土柱爆炸试验,研究冲击波在钢管混凝土柱表面的压力分布,并结合试验建立爆炸荷载下钢管混凝土柱有限元模型,分析不同空气和炸药网格尺寸对冲击波传播及数值分析结果的影响.结果表明:在折合距离为1.1 m/kg1/3试验条件的爆炸荷载作用下,柱顶与柱底的约束条件良好,柱产生的变形属于弹性变形;考察冲击波对构件的损伤程度,应综合考量峰值压力与正压冲量两者的作用效应;不同空气和炸药网格尺寸对爆炸冲击波的压力峰值及压力时程曲线均有较大影响;数值模拟值与试验实测值的误差随着网格尺寸的减小而降低.综合考察数值分析结果与实测值吻合程度,最终确定:空气和炸药网格尺寸为20 mm,符合折合距离不小于1.1 m/kg1/3试验条件下的爆炸数值模拟要求.     

爆炸荷载下K8型单层球面网壳的数值模拟

为了解大跨度空间结构在爆炸荷载下的响应特征,用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,建立40 m跨度K8型单层球面网壳在爆炸荷载作用下的有限元分析模型.在材料参数设置、材料本构关系选择、网格尺寸选择与划分方式、结构对称性的应用方面首先进行对比分析,并将爆炸冲击波峰值超压的模拟值与经验公式值进行对比,验证数值模拟的适...     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

爆炸荷载的数值模拟及近爆作用钢筋混凝土板的动力响应

采用AUTODYN软件对自由空气中爆炸荷载进行了数值模拟,分析了空气网格尺寸和求解算法对爆炸荷载模拟结果的影响,并与经验预测和TM5-1000值进行了比较分析.研究结果表明,空气单元网格尺寸对爆炸冲击波峰值超压有着显著的影响,对冲量也有一定的影响;Euler-FCT算法较Euler-G算法提高了爆炸荷载的模拟精度,通过增加装药量,可以得到与实际值较吻合的模拟结果.同时采用流固耦合数值模拟方法进行了近爆作用下钢筋混凝土板的动力响应分析,较合理地展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服到板局部震塌破坏的动态演变过程.     

正方形截面长隧道内壁爆炸超压分布规律

以爆炸力学为理论基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,定性地研究了正方形截面长隧道内爆炸引起的内壁上超压分布规律.按其工作原理,预先应用ANSYS/LS-DYNA软件建立宽、高均为2 m的正方形截面长隧道模型,在隧道不同结点处分别布置基准药量W0=0.205 kg的炸药,采集由其爆炸而引起的内壁各结点上超压峰值和超压到达时间的数据,并且借助于绘图软件origin制成包络图,研究了隧道内壁超压的分布规律.研究结果为工程结构抗爆设计提供了参考,因而具有很好的工程应用前景.     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防（抗）爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。     

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟

为确保煤矿井下可移动式救生舱的合理设计和安全使用,基于瓦斯爆炸原理,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对体积分数为9.5％,体积为200 m³的瓦斯/空气混合气体在井下巷道内爆炸产生的爆炸流场进行数值模拟,分析了两类典型救生舱舱体在入射冲击波峰值超压0.6 MPa,历经400 ms时间作用下的压力场分布、塑性应变及各重点部位位移时程等动力响应．计算结果表明,改变舱体截面尺寸对舱体的抗爆性能影响显著,采用瓦楞型侧壁的舱体结构能有效增大舱壁的抗弯刚度,而改变舱体长度对于舱体的抗爆性能影响不大．     

单侧隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应与抗爆分析

研究了单侧地铁隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应,并选用泡沫铝作为防爆措施进行了地铁隧道的抗爆分析．在土-结构动力相互作用分析中,采用有限元与无穷元相耦合的方法建立了由双线隧道及其周围有限成层土区、远场半无限土区的整体计算模型,其中土体的有限元模型是依据某地铁工程的地质勘探资料建立的．通过该实际地铁工程的数值仿真以及计算结果的对比分析,揭示了爆炸超压、双线隧道的埋深和间距以及隧道周围土质条件对隧道衬砌应力场的影响;研究结果也表明泡沫铝具有良好的缓冲吸能作用,是提高地铁隧道抗爆能力的一种有效措施．     

钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载下的动力响应及破坏分析

采用有限元软件SAP2000模拟钢筋混凝土框架在不同峰值的爆炸荷载下的动力响应过程。通过对结构各构件在不同峰值爆炸荷载下的位移对比分析,结果表明在钢筋混凝土框架中受爆炸荷载直接作用的那部分构件位移变形非常大的,是远离爆炸荷载那部分构件位移的几十倍,说明爆炸荷载作用下结构构件的破坏具有一定的局部性。分析结果还表明当爆炸荷载较大时结构构件有可能发生剪切破坏而导致整个结构在短时间内整体破坏。     

CE／SE方法在障碍物对爆炸冲击波干扰流场计算中的应用

应用高精度的CE／SE方法对厂房中爆炸冲击波扫过障碍物挡墙形成的流场进行了二维数值模拟，具体分析了障碍物、厂房内壁与冲击波相互作用的规律，得到了能够反映障碍物作用前后波系结构变化的压力等值线图．数值结果显示了冲击波遇障碍物发生反射、绕流等现象，形成复杂波系；通过与尤障碍物存在的爆炸流场对比，分析了相对于爆点不同位置的障碍物对爆炸流场的影响；最后改变爆点个数，对爆炸流场的变化做了进一步分析．数值模拟结果符合相关物理规律．     

基于聚能随进技术的冰凌爆破阵列数值模拟

基于聚能随进技术的爆破方案,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了组合冰凌爆破模型,通过数值分析,得到了冲击波峰值压力与时间的函数关系,计算可知峰值压力与理论计算结果基本吻合;分析了冰体在组合炸药水下爆炸荷载下的应力分布,研究了整个水下爆炸过程.结果表明,目标冰体完全破碎,破碎冰块直径较小,与试验结果基本吻合.可为黄河及黑龙江等区域冰凌水下爆破技术的研究与应用提供参考.     

建筑抗爆研究中超压的分布特征及确定方法

爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标,不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式,搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据,从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明：当比例距离小于0.5 m/kg^1/3时,爆炸超压概率密度服从指数分布;当比例距离大于0.5 m/kg^1/3时,爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5 m/kg^1/3时,爆炸超压变异系数达最大值1,比例距离在1.5~6.0 m/kg^1/3之间时,变异系数较小,在0.13~0.2 m/kg^1/3之间;反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据,拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。     

开敞空间大体积天然气爆炸荷载数值模拟研究

基于前期进行的开敞空间天然气爆炸试验,利用AutoReaGas软件对开敞空间大体积天然气爆炸荷载与传播距离和气体体积V的关系进行了数值模拟研究.结果表明:开敞空间大体积天然气爆炸正相超压峰值和冲量均与传播距离近似呈反比;而正相超压峰值与气体体积的2/3次方近似呈线性关系,气体体积越大,拟合程度越高;冲量与气体体积的2/3次方近似呈线性关系,且拟合度在99.6%以上.研究成果能有效预测开敞空间大体积天然气爆炸的荷载.     

起爆方式对爆炸焊接质量影响的三维数值仿真研究

应用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,采用端面中心单点起爆、端面线起爆、装药面T形起爆三种不同起爆方式,对平板爆炸焊接过程分别进行了三维数值模拟.计算结果表明:起爆方式对爆炸焊接质量有着重要的影响,不同的起爆方式在爆炸焊接中会产生不同的边界效应;T形起爆方式可有效降低边界效应的影响,提高焊接质量.     

挡墙后爆炸冲击波绕流现象研究

重要建筑通常采用防爆挡墙以防范恐怖主义袭击和意外爆炸。在爆炸冲击下,绕流作用使挡墙墙后的冲击波流场产生变化,导致墙后一定距离处的超压大幅提高,建筑承受比预期更大的荷载。本文用LS-DYNA对近地爆炸下刚性墙后的绕流现象进行了数值模拟,研究了超压时程规律及影响因素。研究发现,距离墙后1.5～2.5倍墙高区域内绕流超压较大,在2倍墙高处出现马赫反应,比无墙时更为危险。研究成果可为重要建筑物防爆挡墙的布置及挡墙后建筑抗爆分析提供参考。     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.