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。     

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。     

爆炸载荷下等效电子目标的动态响应数值研究

为研究电子设备在爆炸冲击载荷作用下的毁伤效应,通过设计等效电子目标,采用数值模拟的方式分析了在600 g TNT当量冲击载荷下等效电子目标的结构响应情况。结果表明,在爆炸冲击载荷作用下,铝壳最大变形位移量与超压峰值呈类线性关系变化;随着爆炸距离的增大,等效电路板的振动加速度峰值逐渐减小,而加速度振动周期逐渐增长;当超压峰值小于0.641 MPa时,等效电子目标的破坏主要来自内部电子元器件的爆炸冲击振动效应。     

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0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从指数分布;当比例距离大于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压变异系数达最大值1,比例距离在1.5～6.0m/kg1/3之间时,变异系数较小,在0.13～0.2m/kg1/3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。     

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。     

爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律研究

地铁是重要的生命线工程,具有造价高、使用周期长、运行期间内部人员密集等特点,极易成为恐怖爆炸袭击的目标。炸药在地铁隧道内爆炸产生的冲击波由于受到地铁内衬砌的限制,会发生反射和叠加,其超压峰值远远大于自由场中的峰值,冲击波的传播过程也会更加复杂。为了探明爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律,以南京地铁隧道为例,利用LS-DYNA动力分析软件,采用流固耦合算法,对10 kg TNT炸药在地铁内的爆炸过程进行数值模拟,分析爆炸冲击波的传播过程,得出沿地铁隧道纵向超压的衰减规律,研究成果可为地铁隧道防恐怖爆炸袭击应急预案的制定和政府决策提供依据。     

厂房顶盖与侧墙耦合对天然气泄爆的影响

借助计算流体动力学技术,基于典型工业厂房尺寸,研究了天然气爆炸作用下厂房顶部与两侧墙体的耦合泄爆过程,重点考查了耦合泄爆产生的室内爆炸超压载荷分布特征。研究表明,顶部与两侧墙体耦合下,厂房内爆炸超压载荷普遍存在2 个较显著的超压峰值及多个振荡峰值,其中第一峰值超压主要取决于所有泄爆面开启压力中的最小值,受顶部与两侧耦合泄爆的影响较小;第二峰值超压受顶部与两侧耦合泄爆的影响较为显著,在仅有顶部泄爆时其值较小,在仅有两侧泄爆时其值较大,在顶部与两侧耦合泄爆时,在点火源对侧壁面处取得最大值。顶部泄爆能更有效地降低厂房内第二个超压峰值,但顶部泄爆面积对厂房内峰值超压及其到达时间的影响不明显。研究结论可为工业厂房泄爆安全设计及天然气爆炸事故的调查分析提供科学依据。     

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。     

单层球面网壳火灾爆炸动力响应

以K8型单层球面网壳为研究对象,考虑几何非线性和温度对材料性能的影响,完整模拟了单层球面网壳在发生火灾的不同阶段受到爆炸冲击作用时的动力性状。据B-R准则,通过爆炸峰值超压与结构动力特征响应之间的关系,可判定K8型单层球面网壳在不同火灾阶段,爆炸冲击作用下的动力稳定性临界峰值超压。分析了单层球面网壳的矢跨比、屋面荷载、约束布置等参数对其在不同火灾阶段的爆炸冲击动力稳定性的影响。研究表明:火灾对网壳结构在爆炸冲击作用下的动力稳定性有较大影响,当网壳杆件最高温度达500℃以上时,结构的抗爆能力明显降低。矢跨比、屋面质量、约束布置对网壳在火灾不同阶段的抗爆能力均有不同程度的影响。     

多孔陶瓷结构抑制甲烷爆炸实验研究

利用自主搭建的实验平台,对距离点火源 30、50、70 cm 和厚度为 2、4、6 cm 的多孔陶瓷抑制甲烷爆炸效果展开实验研究。结果表明,多孔陶瓷可延长层流火焰的传播时间,减缓火焰由层流向湍流的转变。爆炸火焰接触多孔陶瓷时发生淬熄,导致爆炸反应终止。多孔陶瓷与点火源之间距离的增加或多孔陶瓷厚度增加时,火焰锋面速度下降,但材料厚度对火焰锋面速度的影响效果相比于放置位置更加明显。超压上升速率随着多孔陶瓷与点火源距离的增加而降低,其与点火源距离较近即放置于 30 cm 处时,对超压的衰减效果最佳。增加多孔陶瓷的厚度时,甲烷爆炸超压峰值降低。     

高温后砂岩静、动态力学特性研究与比较

 通过在SHT4206电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统上对高温作用后砂岩分别进行静、动载荷加载试验,系统地分析比较了热作用后砂岩在静、动载荷加载下的破坏模式、峰值强度和峰值应变的差异,并从微观角度探讨温度对岩石力学性质的影响。研究结果表明：(1) 高温后砂岩的动态力学特性与静态力学特性相比变化显著,随着温度的升高,静载荷时岩石破坏模式表现为劈裂破坏并伴随着脆性断裂,而动载荷作用时岩石破坏模式表现拉伸破坏;(2) 静、动载荷作用下的峰值强度随着温度的升高而明显降低,且基本呈线性关系,静载荷作用下,平均峰值强度从126.37 MPa降到64.76 MPa,降低幅度为48.8%,动载荷作用时,平均峰值强度从176.3 MPa降到83.1 MPa,降低幅度达到了52.9%;(3) 静、动载荷作用下的峰值应变都随温度的升高而增大。温度引起的热应力和微结构的变化导致砂岩力学性质发生改变,以及不同加载方式引起试样内部孔隙扩展和微裂纹的生成方式不同,导致其抵抗外力变形的能力存在差异。     

燃气爆炸波在典型住宅内的传播与防爆厨房设计

基于数值分析方法,利用LS-DYNA软件建立了典型住宅的有限元模型。研究不同体积比θ的燃气爆炸波在住宅空间内的传播规律与超压荷载,分析砌体结构与钢筋混凝土结构厨房在燃气爆炸荷载下的动力响应与破坏形态,提出考虑防爆要求的防爆厨房并验证其防爆效果。结果表明：燃气爆炸波由厨房传播至客厅时超压峰值并未有明显减小。由于两侧墙体的反射作用,爆炸波传播至走道尽端时超压峰值会明显增加。钢筋混凝土结构厨房的防爆效果明显优于砌体结构,对有抗爆要求的厨房应优先采用钢筋混凝土结构形式。在钢筋混凝土结构厨房基础上设计出的防爆厨房可降低燃气爆炸波对厨房结构构件的破坏,阻止爆炸波进入住宅内部空间。     

大跨屋盖结构下压风荷载确定方法与实例分析

介绍了几种大跨度屋盖结构下压风荷载的计算方法,并以某大型体育场屋盖为例,通过引入峰值因子和位移匹配度判据,分析了等效荷载作用下位移响应值和空间分布的合理性。研究结果表明,按比例放大的阵风荷载因子法和动力放大系数法,当计算基准值较小时,得出的放大倍数过高,将导致除等效目标之外的响应值被高估。采用准静态荷载与均匀分布附加风振力的线性叠加方法得出的等效荷载将给出较为合理的位移响应值,其中又以结合LRC方法的等效荷载位移匹配度最高。此外,研究表明若不考虑风洞试验结果,按体型系数+0.2在半跨屋盖上作用均匀风荷载,也能给出基本合理、工程上可用的下压风荷载。     

内部爆炸作用下地铁车站的动力响应分析

随着我国城市化水平的不断提高,地铁的建设得到了大力发展。地铁车站的安全防护问题成为国内外关注的热点。本文应用LS-DYNA程序建立了北京比较典型的二层地铁车站有限元模型,通过数值模拟方法分析当此车站站台上发生内部爆炸时,车站内部的爆炸波超压曲线以及地铁车站中柱的动力响应,得出如下结论:1)随着炸药离地面高度的降低,由地面的反射波引起的第二次峰值越来越大;2)车站中柱与楼板之间的节点是抗爆的薄弱部位,在进行地铁车站抗爆设计应充分考虑;3)炸药位置和炸药量的变化对中柱上的有效应力、速度、加速度有一定影响。上述结论将为地铁车站的抗爆设计提供参考。     

考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定分析

 通过试验获取结构面震动劣化效应的数学表达式,并将之运用于岩质边坡的动力稳定性分析中。采用3DEC作为计算引擎,在每一动力计算时步内根据动力响应值实时刷新结构面的强度参数,同时由网格净节点力的矢量计算获取该时刻作用于边坡岩体上的地震惯性力。根据极限平衡理论计算该瞬时岩质边坡的稳定性系数,通过动态计算获取整个地震历时过程的稳定性系数时程曲线,以最小平均安全系数作为最终动力稳定性评价指标,从而提出一种考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定性计算方法。将该方法运用于汶川地震区岩质边坡实例研究中,稳定性分析结果与实际地质调查情况相符,验证该方法的可行性和工程实用性。     

Vibration velocity control standard of buried pipeline under blast loading of adjacent tunnel

With the rapid development and construction of China’s transportation system, more and more projects are being conducted near existing buried pipelines, which will inevitably influence the safety of the pipelines. Among the safety issues related to buried pipelines, blasting during the construction of an adjacent tunnel is one of the most adverse factors for existing pipelines. To ensure the safety and normal operation of the pipelines, a method for determining the peak vibration velocity control standard for buried pipelines under blast loading is established in this study. The acceleration time-history function that acts on the rock mass under the blasting seismic wave is derived as external excitation acting on the pipeline. By using the acceleration time-history function as input and combining it with a dynamic and static analysis of the pipeline, the critical vibration velocity of pipelines under the action of blast loading can be determined by the von Mises yield criterion of the buried pipeline material. Using the Dashanpi No. 1 tunnel project in Shenzhen, China as a background, the critical velocity control standard for buried pipelines under tunnel blast loading can be set at 190 mm/s without considering either the initial defects or the corrosion conditions during the operation.     

Numerical simulation of concrete filled steel tube columns against BLAST loads

Concrete filled steel tubes (CFST) have been widely used in constructing high-rise buildings, arch bridges and factories for the past few decades. In this research, numerical studies were carried out to investigate the flexural behaviour of CFST columns under both static and dynamic loads. The numerical models were calibrated and validated against a number of experimental data where the proposed models showed very good agreement with the test results. The results indicated that CFST columns showed good resistance against flexural loads under both static and dynamic loading conditions and therefore it has the potential to be widely used in these areas where potential blast attacks or frequent earthquakes are expected. The verified numerical model can also be extended to predict performances of concrete-infilled steel tubes under different loading conditions.     

Influence of blast pressure modeling on the dynamic response of conical and hemispherical shells

The paper aims to investigate the effect of blast pressure modeling, accounting for the ground reflections, on conical and hemispherical shells behavior. Steel shells, of constant height, rigidly connected with a steel plate are considered. The uniformly distributed external overpressure and true material stress–strain curve are assumed in calculations. The problem is solved by FEM using ANSYS software. The time relations of strain energy and effective stresses for different simulations of blast pressure are determined.