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。     

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。     

水下中空结构物内爆试验方法研究

通过对直径3 m、长5 m的钢制压力罐内水域上方空气加压,进行0.5 MPa水域环境下的光电倍增管内爆试验。在压力罐内壁粘贴声阻抗较小的橡胶层,能有效减小钢制壁面反射冲击波对内爆试验结果的影响,通过压力罐视窗提供的大功率灯光,为高速摄像机提供光源。在压力罐中进行0.5 MPa水域环境下光电倍增管内爆试验得到了和理论研究一致的冲击波压力时域曲线,拍摄到清晰的光电倍增管内爆过程,该研究内容为水下中空结构物内爆提供了一种较好的试验方法。     

自然通风隧道内爆炸冲击波传播特性研究

自然通风隧道节能环保,是当前城市地下交通建设积极采用的一种隧道形式。针对自然通风隧道的特点,采用数值模拟方法计算了自然通风隧道内爆炸流场,分析了通风口面积大小和炸药离通风口距离对隧道内爆炸流场的影响。研究表明在隧道内发生爆炸时通风口有泄压效应,通风口面积和离炸药距离增大均会引成隧道内爆炸冲击波到达时间延长和超压峰值减小。采用量纲分析方法得到了自然通风隧道内超压峰值衰减的计算模型,并利用计算数据拟合得出了超压峰值衰减经验公式。     

水下爆破破冰爆炸冲击波传播规律数值分析

利用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟研究水下爆破破冰过程中爆炸冲击波压力的作用特征和传播规律,对比分析在冰体覆盖的相对封闭条件和常规水下爆炸时水中压力变化的差异性。研究表明:爆炸冲击波产生的水压力以炸药为中心向四周传播,对冰面破碎起主要作用,被扰动冰体主要发生振动折裂。炸药周围近区压力初始峰值大体上相同,爆源远区相差较大,冰盖的存在减弱了爆破能量的耗散。对于相同集中药包,入水深度直接影响爆破破冰效果。和常规水下爆炸相比,在冰体覆盖的相对封闭条件下水中峰值压力较小,衰减速度较慢。     

铝化炸药水下爆炸冲击波特性分析

采用一维流体动力学、与时间相关的JWL爆轰产物状态方程以及压力指数为1/6的反应速率方程,计算分析了铝化炸药水下爆炸冲击波特征参数对反应速率的依赖关系.结果表明,反应速率常数存在阈值,只有反应速率足够大,才能充分利用爆炸能量.根据铝粉粒度与反应速率常数的相关性,通过控制铝粉粒度可以设计不同的能量输出特性.     

球形炸药设计及其水下爆炸冲击波特性

雷管等爆炸元件的爆炸能量分布通常并不均匀,在离心机中研究爆炸问题对爆源的尺寸和爆炸能量分布要求较高,爆炸能量不均匀对试验结果存在影响,不符合爆炸力学中的点源假定。采用黑索金炸药制作球形炸药,探讨了细径导爆索及无起爆药雷管作为起爆方式的适用性。最终确定微型导爆雷管中心起爆球形炸药的方式,并研究了其水下爆炸冲击波特性,峰值压力与比例距离近似成线性关系,冲击波压力波形可以较好地采用冲击波压力公式拟合。     

球形炸药设计及其水下爆炸冲击波特性

雷管等爆炸元件的爆炸能量分布通常并不均匀,在离心机中研究爆炸问题对爆源的尺寸和爆炸能量分布要求较高,爆炸能量不均匀对试验结果存在影响,不符合爆炸力学中的点源假定。采用黑索金炸药制作球形炸药,探讨了细径导爆索及无起爆药雷管作为起爆方式的适用性。最终确定微型导爆雷管中心起爆球形炸药的方式,并研究了其水下爆炸冲击波特性,峰值压力与比例距离近似成线性关系,冲击波压力波形可以较好地采用冲击波压力公式拟合。     

建筑物内爆泄压口冲击波参数工程算法研究

建筑物内部爆炸泄压口冲击波参数的确定对于建筑物结构毁伤评估具有重要的作用,一旦泄压口冲击波参数确定以后,即可利用相应毁伤判据快速评估泄压口附近结构和设备的毁伤程度。由于内部爆炸波是初始爆炸波经过建筑物内壁面多次反射叠加作用的结果,在泄压口会形成不同于自由场的冲击波,目前还未有泄压口冲击波参数成熟的快速工程算法。为了分析泄压口冲击波参数、总结相应快速经验工程算法,本文在量纲分析的基础上,提出影响泄压口冲击波峰值压力和冲量相关的无量纲参数。然后利用首先利用AUTODYN软件数值仿真研究了特定当量内爆炸作用下冲击波形成的过程,分析了泄压口部冲击波压力波形,并研究了泄压口的冲击波峰参数与不同结构参数之间的关系,最后在大量数值计算的基础上总结了泄压口的冲击波参数的经验公式,为建筑物内爆毁伤评估奠定基础。     

水下爆炸冲击波的数值模拟与试验研究

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对小当量TNT炸药在无限水域内爆炸进行数值模拟,并将数值计算结果与实验室内实测数据以及传统的经验公式计算结果进行对比。分析发现:用传统的经验公式计算小当量TNT炸药在水下爆炸时的爆炸冲击波压力峰值,与实测值相比存在较大误差;运用有限元显式动力分析方法计算得到的水下爆炸冲击波压力峰值与实测值相吻合,并且水下爆炸冲击波波形相近。对数值计算值进行拟合得到水下爆炸冲击波压力峰值的计算公式,可以对同等条件下的水下爆炸试验进行估算。     

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。     

冲击波与液滴相互作用特性研究

为分析细水雾对舰船舱内爆炸强冲击波的耗散作用与机理,采用有限元仿真方法建立二维空间内冲击波作用于液滴的模型,分析冲击波与液滴相互作用的过程,分析过程中压力波以及液滴形态的变化。结论如下:高马赫数冲击波和低马赫数冲击波作用于液滴的破碎特性有两种较为典型的模式,反射波和透射波的变化受冲击波速度影响较大;低马赫数冲击波作用时,绕射波延伸较近,环流衍生成的低压区面积较小,过程进行较为缓慢,高马赫数冲击波作用时则相反。液滴破碎历程大致可分为四个阶段:钝化变形阶段、人字形变形阶段、拉长阶段和破碎阶段,各阶段特征明显;液滴的变形至破碎相比冲击波的传播过程呈现明显滞后性,冲击波传播过程迅速,产生的气动力持续影响液滴的形态变化。     

气囊对光电倍增管水下内爆影响试验研究

江门中微子试验中使用的光电倍增管需要长时间承受高静水压力作用,由于光电倍增管外壳使用膨化硅玻璃制造,受自身结构微观缺陷影响不可避免的有发生碎裂的可能,并引发光电倍增管的水下内爆(Implosion),对其周围设施造成危害。在可加压密封罐中进行带有气囊的光电倍增管水下内爆试验,使用高速摄像和压力传感器记录实验过程数据。并将试验结果与无气囊条件下的光电倍增管水下内爆相关数据进行对比,探究了使用气囊进行光电倍增管水下内爆防护的可行性,为光电倍增管的水下内爆防护提供新的思路。     

水下钻孔爆破水中冲击波试验研究

通过海边浅层水中钻孔爆破试验,实测得到了水中冲击波波形曲线及压力数据;分析了水下钻孔爆破水中冲击波的特性和传播衰减规律,并给出了水中冲击波的半理论半经验公式,验证并总结出部分相关结论,为进一步的研究积累了经验。     

水下钻孔爆破水中冲击波试验研究

通过海边浅层水中钻孔爆破试验,实测得到了水中冲击波波形曲线及压力数据;分析了水下钻孔爆破水中冲击波的特性和传播衰减规律,并给出了水中冲击波的半理论半经验公式,验证并总结出部分相关结论,为进一步的研究积累了经验。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

柱状炸药水下冲击波连续测量研究

通过自制的压导探针,对柱状装药水下爆炸过程进行连续测量,获得了柱状炸药的爆轰波和水下近场冲击波头的时间历程演化曲线。由此计算出柱状炸药的爆速、水的冲击波速度随时间的变化曲线;进一步由水的冲击雨果尼奥关系式和界面压力、速度连续方程,计算得到了炸药爆压、水下近场冲击波超压变化曲线。结果表明,水下爆炸近场的冲击波速度近似以指数形式衰减,最初阶段衰减很快,随时间推移,衰减越来越慢,最终水中冲击波速度趋于声速。近场冲击波超压的衰减形式与冲击波速度的衰减形式相似。     

水下爆炸冲击波作用下舰船总纵强度工程预报方法

水中兵器战斗部在水面舰船和潜艇附近爆炸对船体的总纵强度毁伤是目前国际上研究的前沿和热点。基于Taylor平板理论,计及自由液面截断效应,对船底表面处的耦合压力进行修正,推导并建立船体梁爆炸冲击弯矩的理论与计算方法,提出一套用于水下爆炸作用下船体梁总纵强度估算方法。通过实验数据验证理论方法的正确性。结合理论方法开发相应的总纵强度预报软件,为舰船在冲击波载荷作用下的总纵强度工程化预报提供参考。     

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道。利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形。通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征。试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍。利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99。表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力。