刚性防爆墙迎爆面荷载计算方法研究

防爆墙作为一种有效的防护措施在国内外重要工程中得到了广泛应用,研究防爆墙迎爆面荷载计算方法有助于防爆墙的科学设计和合理使用。该文采用数值模拟的方法,对不同倾斜角度刚性墙迎爆面压力荷载的计算方法及不同倾角墙体的抗爆效能进行了研究。分析了冲击波在垂直墙体、迎向以及背向炸药倾斜墙体上的反射、绕流以及荷载分布规律,总结出了不同工况时墙体荷载计算方法。研究发现背向炸药倾斜的墙体与垂直墙体以及迎向炸药倾斜的墙体具有几乎相同的防护效果,但墙体所承受的荷载要低于其他两者,合理的解释了工程中存在的防爆墙后倾现象的力学机制。     

防爆墙材料与结构研究进展

防爆安全是世界各国普遍关注的安全防护领域之一,简述了传统沙袋、钢筋混凝土、水体防爆墙的结构特点,重点介绍了高性能纤维材料、多孔材料、表面喷涂材料在新型轻质高强防爆结构中的应用研究,综述了每种材料在各自结构中所起的支撑、吸能、防破坏等作用,以及多层功能复合防爆结构与异形防爆结构的特点与研究进展。并依据防爆墙轻质高强、快速搭建的市场需求提出了目前研究与应用中存在的问题以及后续研究的重点环节。     

新型拼装式防爆墙研究的若干进展

为进一步改进防爆墙的机动性和抗冲击能力,首先总结了目前应用比较广泛的几种防爆墙的优缺点,在此基础上介绍了一种由焊接钢筋网和无纺布组成的模块化新型拼装式防爆墙的性能特点和应用前景。从有限元模型和理论计算两个方面阐述了该防爆墙抗倾覆稳定性的最新研究成果。该成果通过分析爆炸冲击波的超压与冲量关系曲线,认为临界状态对应的临界比冲量与墙体迎爆面所受的等效比冲量之比,即倾覆稳定性系数是决定墙体是否倾覆的关键参数,且该结论与试验结果相吻合。通过分析刚性墙体后的冲击波超压分布情况,认为有必要研究新型拼装式防爆墙后的超压分布情况,并进行安全距离评估,同时认为合理的墙体装配形式和较高的抗侵彻能力将极大的增加防爆墙的防护能力和应用范围。     

水体防爆墙和混凝土防爆墙对爆炸冲击波的消减效应

对水体防爆墙和钢筋混凝土防爆墙两种防爆墙抵抗地面爆炸冲击波的情况进行了数值模拟,对比了两种防爆墙的消波效果,分析了两种防爆墙条件下各物质间能量转化的规律。,两种防爆墙对地面爆炸冲击波均具有很强的消减作用,水体防爆墙在与爆炸波相互作用的过程中获得的总能量峰值比混凝土防爆墙大一个量级。水体防爆墙自身耗散掉爆炸产物和冲击波的能量有限,更多的是依靠水体的质量和惯性实现防爆的目的。     

异型防爆墙抗空气冲击波的数值模拟

通过对比广泛认可的空气冲击波计算经验公式,验证了运用动力有限元软件AUTODYN 2D进行数值模拟计算冲击波问题的可行性与准确性;运用AUTODYN 2D计算了4种不同形式防爆墙在相同爆源距时各防爆墙的抗冲击波能力,其次计算了随爆源距的减小各种防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值,并对比分析了其变化趋势,得出4种防爆墙中(b)、(c)、(d)型防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值是随爆源距的减小而递增的,防爆效果较好。     

土工防爆墙倾覆稳定性分析

基于文献试验,建立了土工防爆墙倾覆稳定计算方法。假设墙体在水平均布冲击波荷载作用下绕墙趾产生刚体转动,分别得到了指数衰减荷载和瞬时冲量荷载作用下墙体转动线性微分方程的解析解和倾覆稳定系数计算公式,并采用Rung-Kutta法求解墙体转动非线性微分方程和倾覆稳定系数的数值解。对于文献中的两种土工防爆墙,解析解、数值解与试验结果比较表明:理论计算与试验结果吻合较好;可忽略冲击波加载时程和墙体转动微分方程非线性对倾覆稳定系数的影响,按瞬时冲量荷载下的解析解计算倾覆稳定系数,并取容许倾覆稳定系数为1.1。     

快速拼装式防爆墙消波性能数值模拟研究

为研究快速拼装式防爆墙墙后超压分布规律及影响因素,基于2D映射3D网格建模技术,采用AUTODYN有限元软件分别对TNT当量为6.82 kg,爆高1 m、爆距3 m、墙厚0.5 m,墙体高度为1.5 m、2 m、2.5 m的计算模型和比例爆距分别1.58 m/kg~(1/3)、1.28 m/kg~(1/3)、1.05 m/kg~(1/3)的计算模型以及比例爆距为1.05 m/kg~(1/3),爆高1 m、墙高2 m、墙厚0.5 m,爆距为2 m、3 m、4 m的计算模型进行了模拟,分析了墙体高度、比例爆距和炸药位置对墙后超压分布的影响。结果表明:墙体高度增加将显著增强防爆墙消波性能,墙体高度在1.5~2.5 m范围内变化时,墙后消波系数变化较大;随着比例爆距的减小,墙后较远处消波系数有所增大;随着测点高度和爆高增大,测点处受到的防爆墙保护效应将减小。综合考虑以上因素对墙后测点超压的影响,拟合出了计算墙后超压大小的公式,计算结果与数值模拟结果能较好的吻合。     

快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

为研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的侵彻爆炸性能,对快速拼装式防爆墙进行了野外现场枪击、炮击侵彻试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹对内填细砂的防爆墙进行近距离打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的有效防护能力。试验结果表明:防爆墙经常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹近距离打击后,墙体被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他部分保持完好,枪弹未穿透防爆墙,仅造成轻度侵彻;分别经瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹打击后,组合防爆墙整体均未见倾覆和明显倾斜,迎弹面部分墙体坍塌,土工布和钢网受损,部分填料塌落,防爆墙墙后未见弹片贯穿,仅对迎弹面一侧造成中度破坏;说明快速拼装式防爆墙能对常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。     

快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

为研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的侵彻爆炸性能,对快速拼装式防爆墙进行了野外现场枪击、炮击侵彻试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹对内填细砂的防爆墙进行近距离打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的有效防护能力。试验结果表明:防爆墙经常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹近距离打击后,墙体被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他部分保持完好,枪弹未穿透防爆墙,仅造成轻度侵彻;分别经瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹打击后,组合防爆墙整体均未见倾覆和明显倾斜,迎弹面部分墙体坍塌,土工布和钢网受损,部分填料塌落,防爆墙墙后未见弹片贯穿,仅对迎弹面一侧造成中度破坏;说明快速拼装式防爆墙能对常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。     

爆炸流场与玻璃幕墙动力响应的仿真计算方法

采用ALE有限元法进行了爆炸流场与复杂玻璃幕墙结构相互作用的三维动态仿真。针对数值仿真过程中计算效率过低的问题,根据显式有限元和距离爆炸冲击波试验问题的计算特点,利用高性能计算平台设计并实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙动力响应的分步流固耦合仿真计算方法。研究了爆炸冲击波作用下幕墙玻璃的动力响应情况,通过与试验结果相比较,证实了该仿真方法的可行性,为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据。     

密肋复合墙-剪力墙混合结构水平位移计算方法研究

密肋复合墙-剪力墙混合结构是把密肋复合墙与剪力墙组合起来,形成的一种新型联合抗侧力结构,有效解决了密肋结构在7度及以上地震烈度区建造高度、应用范围受限的问题。本文对水平荷载作用下复合墙-剪力墙结构的位移计算方法进行研究：依据Timoshenko梁基本理论,将密肋复合墙视为弯剪型悬臂墙,同时考虑其弯曲变形和剪切变形,采用变形连续化方法建立了结构体系的位移微分方程,以常见倒三角形荷载为例推导了密肋复合墙弯曲变形、剪切变形和结构总水平位移的解析表达式。算例分析表明：复合墙-剪力墙结构与框剪结构的刚度特征值、位移公式完全相容,后者可视为前者在复合墙抗弯刚度取无穷大时的一种特殊表现形式;结构侧移曲线呈现弯曲变形为主的弯剪型特征,但复合墙的剪切变形在总变形中占有一定比重,不应忽略。研究工作为复合墙-剪力墙结构的内力计算和抗震设计提供了基础。     

空气不耦合装药孔壁初始冲击压力的计算

为了求解空气不耦合装药时孔壁所受到的初始冲击压力,首先分析了空气不耦合装药爆轰后冲击波作用于孔壁的物理过程,然后建立了空气冲击波在炮孔内的衰减传播模型,探讨了爆轰扰动空气形成的空气冲击波在炮孔内的传播规律,并依据空气层与爆生气体在界面处的连续条件,推导了空气冲击波入射孔壁时参数的计算公式;最后基于入射空气冲击波与孔壁交界面两侧压力和速度相等的连续性条件,推导出了孔壁初始冲击波参数的计算方程组。用方程组计算的孔壁压力与常用公式计算值、数值模拟结果和实验结果进行比较,发现用方程组计算的孔壁压力与实验结果更吻合,相对误差较小。     

Thermal conductivity of a two-layer wall for a time-varying heat-transfer coefficient and ambient temperature

An analytical solution of the problem of the thermal conductivity of a two-layer wall is presented. The solution is obtained by using a special series expansion of the Green's function.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 18, No. 2, pp. 323–327, February, 1970.     

Numerical identification for impedance coefficient by a MFS-based optimization method

In this paper, we propose a new numerical method to solve an inverse impedance problem for Laplace's equation. The Robin coefficient in the impedance boundary condition is recovered from Cauchy data on a part of boundary. A crucial step is to transform the problem into an optimization problem based on the MFS and Tikhonov regularization. Then the popular conjugate gradient method is used to solve the minimization problem. We compare several stopping rules in the iteration procedure and try to find an accurate and stable approximation. Numerical results for four examples in 2D and 3D cases will show the effectiveness of the proposed method.     

Calculation of the process of blast wave diffraction in a cylindrical channel

We performed a numerical investigation of the process of transition of a spherical leading front into a plane one in a cylindrical channel. The processes of the collision of reflected shock waves, formation of a nonstationary grating-like structure of flow, and of the overtaking interaction of shock waves are investigated. We found that in the presence of hot gas layers on the walls of the channel a plane head front is not formed.Notation r,z radial and axial coordinates - t time - p pressure - T temperature - u,v radial and axial velocity components - a distance between the planes - b half-distance between the planes - d channel diameter (in experimental data) - R ₀ inital radius of the shock wave front - p ^*(r, z),u ^*(r, z),v ^*(r, z),T ^*(r, z) distributions of pressure, radial, and axial velocity, and temperature at the initial time moment - L length of the zone of formation of a plane front - T ₁,T ₂ temperature of gas in the lower and upper thermal layers - h ₁,h ₂ thicknesses of the lower and upper thermal layers Department of Theoretical Problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow Physicotechnical Institute, Moscow. Translated from Inzhernerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 68, No. 4, pp. 583–588, July–August, 1995.     

Solid-phase microextraction as a method for estimating the octanol-water partition coefficient

The determination of octanol-water partition coefficients (log K(ow)) is important for the prediction of the fate of organic pollutants in the environment. Traditionally, log K(ow) values are determined by shake-flask, estimated by, e.g., HPLC retention data, or calculated, e.g., from ClogP. In this paper, an alternative approach is reported that allows log K(ow) to be estimated from solid-phase microextraction (SPME) data. Previously reported attempts to correlate SPME data with log K(ow) are discussed. The results obtained in this work for six phenols, using an 85 μm polyacrylate-coated fiber, indicate that SPME is a viable method for estimating log K(ow) values <3.5.     

A hybrid rigid body rotation model for predicting a response of a temporary soil-filled wall subjected to blast loading

This study is aimed to provide an efficient analytical model to calculate a time history of response for a free-standing soil-filled HESCO Bastion concertainer^® wall subjected to air blast loading. The model is formulated based on the observations of the wall response to air blast loading in the experiments and on the deformation of a finite element model. This hybrid rigid body rotation model combines both a reverse Winkler foundation to model the distribution of pressure at the base of the wall and perfectly plastic shear resistance to model the shear deformation at the corner. The time histories of horizontal and vertical displacements calculated from the proposed analytical model are validated with displacements from both full-scale blast testing of free-standing simple straight walls and calculations using a finite element model.