TNT装药爆炸波在刚性平面上方传播反射的数值研究

为研究爆炸冲击波传播和平面反射现象,运用显式非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对柱形TNT装药在刚性平面上方爆炸产生的冲击波的传播和反射进行了数值模拟,将数值计算结果与试验结果和公式计算值进行了对比,结果表明利用数值模拟能够较好地反映压力场分布情况及爆炸冲击波传播、正反射、正规斜反射到马赫反射的演变过程;研究了装药形状对反射平面测点超压的影响。     

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。
     

空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟

通过对空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的已有研究成果进行比较分析,发现不同学者对其预测结果存在一定差别,并据此拟合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了2种不同装药量条件下空气中TNT炸药爆炸产生的冲击波的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果,装药量大的模拟结果更接近经验公式预测值.有必要对爆炸冲击波的参数和经验公式进行进一步的研究.     

复杂隧道中爆炸冲击波传播特性的数值模拟

炸药在隧道中爆炸时,由于受到隧道壁的限制,产生的空气冲击波的强度更大,危害更严重;同时隧道中的弯道、岔口影响着冲击波的传播。利用ANSYS/LS-DYNA对隧道中空气冲击波的传播进行了数值模拟,模拟结果与公式计算值基本吻合,验证了数值模型和参数选取的合理性。在此基础上,对冲击波在遇到转弯、岔口的情况进行了数值模拟,模拟结果表明,弯道可以削减10%～15%的超压峰值;岔口中主通道冲击波峰值为直通道的70%～80%,支通道为15%～25%。     

全密闭空间内温压炸药的冲击波参数试验研究

为研究温压炸药在全密闭空间内冲击波特征,在双层密闭的爆炸容器中测定了等质量与等体积条件下,不同含铝量的温压炸药的超压及冲量,并采用AUTODYN软件对容器中的冲击波传播进行了模拟分析。等质量与等体积两种装药方式下的研究结果均表明,数值模拟能很好地对试验数据进行拟合,在密闭空间内温压炸药铝粉质量分数为30%时,冲击波的超压与冲量最大。     

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。     

燃料空气炸药爆炸压力场测试系统误差分析

结合燃料空气炸药武器野外爆炸试验的实际情况,运用误差理论,分析了自由场冲击波压力测试系统的误差传递规律,得到了冲击波超压的相对误差计算式。研究表明,用算术平均偏差估算FAE武器爆炸状态场冲击波侧向超压的测量误差比用标准差更切合实际。     

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难.采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道衬砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式.     

温压炸药自由场爆炸空气冲击波的数值模拟研究

基于二次反应理论,采用AUTODYN程序对温压炸药(RDX/AWAL/粘合剂=20/43/25/12)自由场爆炸空气冲击波进行了数值模拟研究.得出结论:在比例距离1～8m/kg1/3内,铝粉后燃反应对超压峰值的贡献约为24％～31％,对正超压区冲量的贡献约为31％～39％,对正超压区持续时间的贡献约为12％ ～95％,...     

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。     

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。     

典型密闭装置内爆炸尺寸效应研究

为研究密闭装置内爆炸冲击波的传播规律及密闭装置尺寸效应对冲击波超压空间分布和爆炸荷载特征参数的影响,在混凝土密闭装置内爆炸试验的基础上,结合LS—DYNA有限元程序对不同尺寸的装置内爆炸进行数值模拟。结果表明:密闭装置内爆炸超压时程曲线大多呈现多峰特性,装置顶角、棱线附近超压曲线的周期宏观脉动现象比较明显,超压衰减缓慢;当结构长宽比例1.2≤LW≤3时,结构对冲击波的约束不是很明显,冲击波超压空间分布比较有规律;而当LW3时,结构对冲击波的约束表现得异常明显,冲击波超压空间分布规律不显著。对于5种不同尺寸的装置内爆炸,当比例距离2.134 m/kg1/3≤r珋≤3.201 m/kg1/3时,冲击波流场异常复杂且超压曲线多峰特性开始凸显,不能用简单的数学关系来描述冲击波的空间分布。     

自由场传感器外形结构对冲击波测试的影响研究

对目前常用的笔式、杆式、盘式自由场冲击波传感器进行了激波管动态校准,借助matlab语言建立了不同外形结构的系统函数,仿真分析了外形结构对冲击波测试的影响。 激波管校准和仿真结果在爆炸源和传感器在同一高度的冲击波超压测试试验中得到了验证。得出如下结论：杆式传感器所测超压值过冲量最大,超压曲线形状有些失真,正压作用时间偏小;盘式结构所测的超压峰值和正压作用时间误差最小。通过传感器高于爆高的试验发现：当激波从传感器的斜下方传播到传感器时：笔式结构与掠入射时相比变化最小,且所测冲击波超压峰值比真值大;杆式结构变化最大;盘式结构与真值的误差最大。最后给出了在现场测试试验中选用传感器安装结构的一些建议。     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。     

水下和空中爆炸冲击波传播特性对比分析

由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同,使得爆炸冲击波在水和空气中传播特性存在较大差异。通过构建自由场水下和空中爆炸耦合数值仿真模型,对水下和空中爆炸冲击波传播特性进行对比分析,研究了起爆介质对冲击波峰值压力、冲量、传播速度的影响;同时考虑冲击波与自由面反射的稀疏波相互作用过程,研究了近自由面对水下和空中爆炸冲击波传播特性的影响。研究表明,水下爆炸冲击波传播压强峰值及冲量均较空中爆炸大很多,对结构的潜在破坏能力较强;自由界面对冲击波传播特性存在较大的影响,在近自由面水下爆炸产生了冲击波水面切断及气穴现象,而在近自由面空中爆炸产生了冲击波增强效应。     

综合管廊燃气仓内爆炸下冲击波衰减规律研究

为了得到综合管廊燃气仓在内爆炸作用下冲击波的衰减规律,通过LS-DYNA有限元软件,建立了典型三仓室综合管廊模型,模拟了燃气仓在不同爆炸荷载下的内爆炸情况。获得了管廊的破坏模式、燃气仓内空气中心线各点的超压时程曲线以及超压峰值曲线。结果表明:炸药量对燃气仓影响较大,对电力仓影响不大;在燃气仓内,随着炸药药量的增大,各点在同一爆炸荷载下的超压曲线线型与超压峰值差距越大;在不同爆炸荷载下,各点冲击波超压峰值的最大值在距离爆炸中心2~5 m之间,在距离爆炸中心10 m处,冲击波超压峰值衰减至1 MPa以下;各点冲击波超压峰值曲线随着与爆炸中心距离的增大表现出先增大后减小的趋势,其中当炸药药量为10 kg时,燃气仓内各点冲击波超压峰值曲线出现了波动,这与管廊内部墙板裂缝的出现有关。     

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。     

凹陷地形对固体推进剂近地爆炸冲击波影响的数值分析

固体火箭发动机推进剂爆炸冲击波超压测试试验中,爆炸后地形的改变会使冲击波的传播过程和压力分布发生改变,导致超压测量结果小于理论计算结果。为了研究推进剂爆炸后地形结构对冲击波压力的影响,利用Autodyn软件使用Lagrange/Euler耦合的方法,计算了距离地面高度为1 m的950 kg推进剂在平整和凹陷两种地形工况下,爆炸冲击波的压力分布和贴地位置冲击波的超压曲线。结果表明,当推进剂下方存在凹陷地形时,地形的反射作用使推进剂爆炸形成的半球状冲击波波面压力在半球的上侧较高,而在半球的近地侧较低;而推进剂下方平整时,推进剂爆炸形成的半球状冲击波在半球近地侧较高,而在半球上侧较低。推进剂下方有凹陷地形时,爆炸形成的冲击波在贴地位置的压力比推进剂下方平整时小,同一贴地测点的冲击波到达时间也滞后。推进剂下方有凹陷时,爆炸冲击波超压曲线小于推进剂下方地形平整的超压曲线,这个结果解释了工程试验中大炸坑的推进剂爆炸超压试验中,超压的实测数据小于理论计算和数值仿真的现象。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^1/3≤Z≤3 m/kg^1/3之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

马场坪收费站汽车爆炸破坏的数值模拟分析

应用LS-DYNA有限元程序建立马场坪收费站在汽车爆炸作用下的数值计算模型,对空间网架结构在爆炸作用下的冲击波超压、破坏过程和破坏模式进行了数值模拟计算。提取网架结构内表面有限测点的爆炸冲击波超压并将其进行本征正交分解（POD）,得到冲击波压力场的显性表达和主本征模态。对模拟计算结果与收费站实际破坏情况进行比较分析,揭示了空间网架结构的爆炸破坏机理和原因。数值结果表明,LS-DYNA非线性有限元模型与POD法的结合,能够准确地模拟空间网架结构在爆炸作用下的破坏过程和模式,充分泄爆可以防止空间网架结构在爆炸作用下的破坏倒塌,避免人员损伤。提出在空间网架结构的抗爆和防爆设计中,应采取“强结构弱围护”的设计原则。