水中冲击波传播规律及在水压爆破中的应用

炸药包在一定水深爆炸时，形成水中冲击波的运劝，同时形成水中气泡。本文通过分析炸药在水中爆轰后形成冲击波和气泡等现象，研究水中冲击波的传播和气泡上升的规律，并应用在水压爆破中，确定药包重量、入水深度、注水高度等参数的数值。     

水下爆破破冰机理的数值分析研究

以黄河包头磴口段爆破破冰试验为基础,采用LS-DYNA有限元软件模拟了水下爆破破冰过程,研究冰层在爆破水压力作用下的破坏机理。根据现场试验条件,水深为4.5 m,冰厚0.5 m,10 kg的集中乳化药包位于冰下1.5 m处,同时考虑底部的淤泥的影响,建立了相应的模型进行数值计算。计算得出破坏后的冰层可分为破碎,裂隙和震动三个区,其中冰层破碎区半径约为5.5 m,与现场实测结果一致。研究表明水下冲击波压力对冰层的破坏起主要作用。     

水下钻孔爆破的爆炸冲击波测试与分析

以厦门港古雷航道水下炸礁为例,分析了水下钻孔爆破的水击波形成特征,并通过爆破区的水中冲击波压力监测,实测了不同距离处的水击波压力大小和变化规律,研究了水中冲击波压力幅值、正压作用时间等作用特性,得到了水击波传播衰减公式。研究成果对指导工程设计施工和环境安全评估具有参考意义。     

爆炸冲击波在复杂坑道内传播规律的数值研究

研究二维爆炸流场中空气冲击波在复杂坑道内传播的机制.对多物质流采用Euler方法和NND格式,对爆轰产物采用JWL状态方程;自行编制二维爆炸模拟计算程序.试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸冲击波在坑道内传播的详细过程.结果表明:采用穿廊式出入口,可以削弱进入坑道内55%的空气冲击波强度;采用穿廊加扩散室可以削弱进入坑道75%的冲击波强度.     

水下爆炸冲击波能的数值计算

在进行炸药配方设计时,冲击波能的计算是非常重要的.理想炸药水下爆炸的冲击波能流密度符合爆炸相似率.提出了方程中系数ζ和γ的计算公式,参数ζ和γ可以通过炸药的爆热、爆压和密度等近似计算.根据文献值拟合冲击波能随铝氧比的变化公式,可用来计算非理想炸药的冲击波能.计算结果与试验数据吻合较好.     

爆炸冲击波在地铁车站内传播规律的数值模拟

采用AUTODYN对6.5kgTNT炸药在地铁站台中心地面爆炸后冲击波的传播过程做了数值模拟,分析了冲击波在站台层的传播规律,以及冲击波沿楼梯和沿站台纵向的衰减规律,绘制了距站台地面1.5m高处的冲击波杀伤范围云图。计算结果表明：地铁车站内冲击波衰减缓慢,在柱间狭长区域超压要高于两侧相对开阔地带。在文中所研究的苏州某地铁车站内,炸药起爆后,在距离炸药大约20m以外不会发生人员伤亡,而在距离炸药12m以内杀伤范围线是不规则的,在柱间肺损伤的概率要比两侧相对开阔的空间高。在距离炸药4m以内的区域均在1%死亡线以内,越靠近装药中心死亡概率越高。     

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。     

爆炸冲击波在坑道内传播规律研究

为了给坑道防护工程防爆炸空气冲击波的设计与研究提供一定的参考依据,收集整理了国内外常用的计算坑道口外爆炸产生的坑道内爆炸空气冲击波传播参数的计算方法,对其进行了比较和分析后给出了能够较好描述冲击波传播规律的计算方法。采用ANSYS AUTODYN有限元软件对某坑道比例模型试验进行了数值模拟,将模拟结果与坑道模型试验数据进行了比较,说明采用ANSYS AUTODYN有限元软件进行爆炸冲击波问题的数值模拟是可行的。     

水下爆破冲击波压力测试技术

本文介绍了水下爆破时水中冲击波荷载的测试技术，其中包括传感器研制，二、三次仪表，标定方法以及测试实例和数据处理。     

不同长径比柱形装药水下爆炸冲击波演化规律

为分析药柱形状对水下爆炸冲击波演化的影响。针对圆柱形装药中心起爆问题,在理论上建立了炸药与水交界面上初始冲击波压力及其传播方向的二维计算方法,借助于AUTODYN有限元计算程序开展了长径比1:2～10:1的圆柱形TNT在无限水域爆炸的数值模拟,并开展了长径比为1:1和2.6:1的圆柱形TNT的水下爆炸试验;对比理论、仿真和试验结果,验证了理论模型的合理性和数值模拟的有效性,分析了柱形装药水下爆炸冲击波的传播规律,重点分析了药柱长径比对不同爆距处冲击波压力分布及传播方向的影响。结果表明：圆柱形装药水下爆炸后,冲击波波阵面逐渐从柱形趋向椭球型再趋向球型,当冲击波传播至10倍无量纲爆距时高压区的转移结束;当长径比大于1:1时,炸药轴向(端面)的冲击波压力衰减速率大于径向(圆柱面)的衰减速率,冲击波峰值压力随着方向角的增大而单调增长;在1:1～5:1的长径比和20倍无量纲爆距范围内,增大药柱长径比可定向增强炸药径向的冲击波压力,药柱的形状对冲击波压力分布影响随着爆距增大而减小。     

高能破冰弹水下破冰过程数值模拟

以黄河凌汛期采用爆破法破冰防凌为背景,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了高能破冰弹水下破冰动态响应模型,对高能破冰弹在侵彻冰盖瞬间弹体各部位的应力分布、弹体引信延期时间以及弹体在水下爆炸破碎冰盖过程等主要破冰参数进行了数值模拟,并在黄河破冰防凌现场进行了相同当量药包的模拟破冰试验。模拟试验显示药包放置在水下4.5 m左右对冰盖破碎范围最大。研究结果可为高能破冰弹弹体的优化设计与利用迫击炮发射高能破冰弹进行黄河爆破法破冰排凌作业提供理论支持。     

乳化炸药水中爆炸冲击波传播规律试验研究

在水下工程爆破中,通常采用裸露药包爆破法,进行水下金属构件的切割与拆除、水下可疑爆炸物的诱爆等,当爆破区域附近有养殖区、野生保护水生物时,就需考虑炸药爆炸产生的水中冲击波影响问题.对水中冲击波传播规律的公式形式进行了探讨,通过爆破试验以及对监测资料的分析,得到了高能、普通乳化炸药的水中爆炸冲击波传播规律.     

大爆破爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数值模拟研究

大爆破过程中产生的能量大部分作用在周围岩体破坏上，部分能量转化为冲击波在破碎岩块间传播，同时对已破碎的岩块再次产生松动破坏。应用流体力学方法，建立了以可压缩湍流流动为基础的爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数学模型。通过数值分析和模拟结果表明，破碎岩体的障碍物作用对爆炸冲击波的传播存有激励机制。岩石的破碎是由于冲击波和爆炸生成气体膨胀动力共同作用的结果。当冲击波在破碎岩块间传播时，湍流流动受壁面的影响很大。冲击波在通过孔隙后其波阵面的压力衰减程度较大。速度通过孔隙过程中增加的幅度较大，而温度的变化不明显。     

装药位置对冰凌爆破效果影响的数值模拟

目前对冰凌的定点爆破方式主要有水下药包爆破、冰中钻孔爆破及冰上裸露药包爆破,使用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了3种爆破方式冰层中压碎区及裂隙区的生成过程,对冰层的破坏半径、碎冰的飞散特点和水中冲击波强度进行了定量比较分析,分析结果显示水下药包爆破破坏半径是其他爆破方式的1.2至2.0倍,生成水中冲击波强度是其他爆破方式的近14倍。数值模拟结果与以往工程实践相互印证,对爆破法防凌具有一定参考意义。     

水下炮孔爆破不同方向的水中冲击波传播特性研究

水中冲击波对水中的构筑物具有很大破坏作用,研究水击波的特性对水中兵器、舰船等方面具有很大的军事意义,对于民用水下工程爆破的安全使用和推广也具有指导意义。采用ANSYS/LS—DYNA有限元软件建立简化的水下台阶爆破数学模型,探索和分析其在不同方向上的传播衰减特性。结果显示:水中冲击波的衰减规律具有方向性,在垂直水底方向水中冲击波压力衰减最快,其次是平行于坡顶线方向,最小抵抗线方向的水中冲击波压力衰减是最慢的。     

不同起爆方式对水下深孔爆破危害效应影响的数值模拟

文章以连续介质力学和动力非线性有限元理论为基础,推导炸药、水底介质和水的多物质ALE(multi-material arbitrary lagrangian eulerian)控制方程,采用多物质ALE算法模拟了水下深孔爆破产生的水中冲击波、水底介质中应力波及爆破振动传播过程,并模拟了装药不同位置起爆时对爆破危害效应的影响。不同起爆方式产生水中冲击波由小到大的顺序为:顶端起爆,两端起爆,中间起爆,底端起爆;而爆破振动由小到大的顺序为:底端起爆,中间起爆,顶端起爆。     

黄河爆破破冰的水中冲击波特性试验研究

以黄河包头磴口段开河期冰盖为试验对象,开展了多种新型破冰弹的爆破破冰综合试验。重点介绍了2#岩石乳化炸药单药包在不同入水深度处爆破和多药包群爆破冰试验,实测了水中爆破冲击波压力,分析计算了单药包爆破水击波压力幅值与入水深度的相关性、多药包群爆水击波压力变化特征及冲击波冲量等,归纳总结了冰盖覆盖下单药包和多药包爆破水中冲击波压力经验计算公式以及水中冲击波波速值。研究成果为冰盖覆盖下爆破水击波特性增添了新的内容,同时为新型防凌破冰装备的研制应用及安全控制提供了理论依据。     

柱状装药炮孔壁初始压力数值模拟及误差分析

为研究ANSYS/LS-DYNA模拟柱状装药爆破孔壁初始压力的误差,对某一模型试验进行数值模拟,在不耦合系数分别为1.0、1.14、1.6这三种装药条件下,对孔壁初始压力的数值模拟值与模型试验实测值、理论计算值进行对比分析。结果表明:数值模拟值相对于实测值的平均误差为21%,且两者随不耦合系数Kd变化的趋势较一致;另外,数值模拟值和实测值比理论公式计算值大很多,是因为实测值受到被爆介质中反射应力波的干扰。     

装药位置对爆破破冰效果影响的数值分析

采用数值模拟的方法研究了炸药装药位置对水下冰凌爆破效果的影响。以黄河防凌破冰试验为基础,采用有限元软件LS-DYNA模拟了炸药在水下不同深度处的爆破破冰效果。模拟结果表明在深度大于4.5 m的水中,药包位于冰下约1.5 m处破冰效果较好;当水深较小时药包的最佳深度相应增加。通过对水压力变化分析,揭示装药深度和水深对爆破效果影响的物理机制。研究结果为防凌破冰设备的研制提供了理论依据。