起爆方式对柱形炸药空爆冲击波场的影响

为研究起爆方式对柱形炸药爆炸能量输出的控制效应,运用AUTODYN软件对不同起爆方式作用下的炸药在空气中爆炸过程进行了模拟。通过对比分析参考位置的冲击波超压峰值,得到了起爆方式对爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:比例距离小于5 m·kg-1/3时,起爆方式可改变爆炸冲击波场的局部分布形态,其在不同的方向和距离对冲击波超压影响存在差异;比例距离大于5 m·kg-1/3时,起爆方式对冲击波场分布基本无影响;柱形炸药长径比一定的条件下,同一起爆方式作用下的爆炸相似律仍然成立。     

运动炸药近地爆炸冲击波场特性研究

为研究运动炸药近地爆炸冲击波场分布特性,运用AUTODYN软件对不同运动速度炸药近地爆炸过程进行数值仿真,地面超压峰值仿真结果与等效经验公式计算值符合程度较好。通过对扰动压力场、爆炸初始压力场以及地面特征位置峰值超压的对比分析,得到炸药运动速度对近地爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:炸药运动速度对地面冲击波峰值超压有增益作用,随着炸药运动速度的增加该增益作用增强;炸药运动速度对地面峰值超压的增益作用随比例距离的增加逐渐减弱,3倍比例距离外可认为无明显差异。     

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。     

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)≤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。     

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。     

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。     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。     

装药量对温压炸药爆炸毁伤威力的影响

为了获得温压炸药装药量对近地空中爆炸的能量输出结构的影响规律,开展了质量为0.5、1.0、2.0 kg的温压炸药近地空爆试验,并使用压力传感器、高速摄像机、红外热成像仪记录了爆炸冲击波和爆炸火球参数。使用TNT超压经验公式对0.5、1.0、2.0 kg装药的空中入射冲击波、地面冲击波的超压峰值进行拟合,建立了冲击波超压峰值衰减规律方程。根据高速摄像机和红外热成像仪的测试结果,建立了基于装药量的爆炸火球直径、火球持续时间和火球温度最高时刻热通量的拟合方程。对比0.5、1.0、2.0 kg装药的爆炸火球图像和温度曲线可以看出：随着装药量的增加,爆炸火球的最高温度、火球尺寸(直径×高度)以及持续时间均有一定的增加,高温区域在火球面积中的占比也有所提升。     

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。     

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。     

炸药的不完全起爆对其水下爆炸特性的影响

在2 m×2 m×2 m水箱中分别采用两种引爆方式对2.5 g、5 g和10 g圆柱形装药TNT进行了水下爆炸实验,得到了不同工况下冲击波和气泡脉动的压力时程曲线以及相应的气泡脉动过程。实验结果表明:使用电雷管对主装药进行引爆时,炸药并未完全起爆,冲击波峰值压力均小于经验公式计算得到的理论值,二者间平均误差为25.92%;而使用电雷管以及传爆药柱对主装药进行引爆后,炸药完全起爆,冲击波峰值压力与经验公式间的平均误差降低至4.37%,且整体较为稳定。在此基础上,对比两种引爆方式下的各项爆炸特性,发现炸药的不完全起爆会导致其爆炸后的气泡脉动周期和气泡膨胀最大半径有所减小,冲击波峰值压力、冲击波能以及气泡能明显降低,但对气泡脉动峰值压力的影响并不明显。     

空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析

为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律,采用数值模拟方法计算了防爆墙在5、10、15和20kg四种药量TNT炸药爆炸冲击波作用下墙后压力流场的变化,分析了墙后发生的透射和绕射现象,比较了压力波形的变化特点,得到了墙后压力场变化分布规律。计算结果表明,柔性墙背后的压力存在两个主要峰值,分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。透射压力峰值由柔性墙体变形运动引起,并与墙体变形速率有关;绕射压力峰值由冲击波在墙顶绕射传播引起。透射压力与绕射压力的分布与变化规律不同,需区别对待分析。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

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.     

爆炸荷载下钢管混凝土墩柱柱面压力分布研究

通过两次TNT药量分别为3 kg和50 kg的大比例钢管混凝土墩柱静爆试验,1次TNT药量为50 kg的自由场静爆试验,获得了钢管混凝土墩柱柱面爆炸荷载的压力分布规律,对比研究了各经验公式(入射压力、反射压力和正压持时等)的预测差异与适用性。结果表明:钢管混凝土墩柱迎爆面负压区及背爆面压力值较小,可忽略不计;钢管混凝土墩柱对迎爆面反射压力有一定影响,但对正压冲量影响较小;当比例距离z3 m/kg1/3时,球形爆炸波与半球形爆炸波入射压力的各预测公式结果近似,反射压力与入射压力的平均比值约为2.5;当比例距离z3 m/kg1/3时,反射压力与入射压力的比值变化率随比例距离的减小而增大;反射压力经验公式预测离散程度较大,Henrych公式和Chengqing Wu公式的预测结果偏小;整体上,采用TM5-1300预测作用在钢管混凝土墩柱上的各爆炸荷载特征参数较为合理。     

基于爆炸现场破坏分析的TNT当量快速估算方法研究

综合多年一线反恐经验,针对自制爆炸装置的TNT当量估算展开研究。一方面,根据现场勘查得到的冲击波超压对人体的杀伤程度,并参考炸点位置和地质强度,计算得到爆炸物的TNT当量;另一方面,分析了在不同环境下(空气中、软性地面、硬性地面)爆炸后形成的冲击波超压△pm的计算公式,同时结合冲击波对现场的破坏程度,计算得到爆炸装置的TNT当量。最后,可由TNT当量以及现场判定的炸药类型换算得到自制爆炸装置的装药质量。该方法成功地在多次案例分析中得以运用推广。研究成果对于勘察已爆现场、侦破涉爆案件、指导公安反恐防爆工作具有重大意义。     

近地面TNT爆炸的试验研究和数值模拟

为了研究近地面化学爆炸的冲击波传播特性,在试验场进行了不同当量的TNT近地面爆炸试验,并应用有限元方法模拟了其中2种工况的冲击波传播过程。数值模拟结果与试验数据吻合较好,表明计算模型和参数选取的合理性和正确性,该模型和算法可以为进一步研究近地面爆炸冲击波传播特性提供有效手段。     

Numerical simulation of a novel blast wave mitigation device

This paper proposes a novel blast wave mitigation device, consisting of a piston–cylinder assembly. A shock wave is induced inside the device when it is subject to a blast wave. The shock wave propagates inside the device and is reflected repeatedly. The physical processes within the blast wave mitigation device are simulated numerically. Numerical predictions are in excellent agreement with analytical solutions for special cases of the investigated problem that are available in the literature. The peak pressure on the base of the device caused by the blast wave is studied using a number of design parameters. The numerical simulation shows that, although the transmitted impulse remains practically unchanged, the peak pressure of the blast wave can be reduced by as much as 98%, or even higher, depending on the design parameters chosen.     

常规弹药爆炸破片和冲击波作用规律理论研究

研究常规弹药爆炸后破片和冲击波的作用规律。通过对弹片和冲击波运动规律的分析认为,按照以往的模型进行计算时,存在TNT当量不守恒的问题。研究了TNT当量守恒条件下,冲击波和破片同时到达目标距离的问题,所得计算模型较以往的模型更为合理。对于mpmax,冲击波和破片同时到达的距离为4.26 m,以往模型为3.76 m;对于mp,冲击波和破片同时到达的距离为4.30 m,而以往模型为3.83 m,偏差约13%。另外,经过理论推导和计算认为,冲击波和破片同时到达目标的距离,与破片形状和破片质量关系不大。