爆炸冲击波绕过墙体的数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。试验结果与数值模拟基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计与加固提供依据和参考。     

混凝土防爆墙对爆炸冲击波传播的影响

运用试验与数值模拟相结合的方法,对爆炸冲击波作用于防爆墙的荷载与冲击波绕过防爆墙的规律进行研究。采用压力传感器技术获得了防爆墙前后不同距离的压力时程曲线。基于ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,对空气冲击波绕过墙体的环流现象进行了数值模拟,得到了爆源附近有障碍物的爆炸场初始发展和绕过墙体环流的情况,分析了空气冲击波的绕流规律。数值模拟与试验结果基本相符,反映了爆炸波绕过防爆墙的详细过程。通过对数值模拟和试验结果的分析,得到了爆炸波绕流的内在机理,为防爆墙的设计提供依据和参考。     

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。     

基于ALE算法的空气冲击波绕流数值模拟研究

利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程 ,对空气冲击波绕过障碍物的环流现象进行了数值模拟 ,得到了在爆源周围有障碍物的爆炸场初始发展和环流的情况 ,分析了空气冲击波的绕流规律。研究结果表明 ,本研究方法可以很好地描述空气冲击波绕流场参量分布与变化规律 ,并且数值模拟结果与半经验公式的计算结果基本符合 ,但在爆源与障碍物的距离较小时 ,计算值偏大。     

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。     

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。     

爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律

为研究爆炸冲击波作用于便携式防爆墙的绕射规律,利用LS/DYNA软件,采用欧拉耦合的方法,分析了TNT药量不同爆距相同、TNT药量相同爆距不同以及TNT药量相同墙厚不同的条件下墙体对环流超压的影响规律,且拟合出了不同TNT药量时墙后超压峰值公式,并通过防爆墙墙前、墙后超压值与已知试验值对比,验证了计算模型的正确性.结果表明:环流超压峰值随着TNT药量的增加而增加,随着墙体厚度的增加而减少,且其超压峰值出现在墙后约2倍墙高位置处;当爆距大于2.4 m时,环流超压的峰值先递增、后递减,最大环流超压发生在约2倍墙高位置;当爆距小于2.4 m时,最大环流超压向墙体移动,距离墙体后面1.0 m左右.验证了其绕射规律与已知研究结果的一致性.     

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。     

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。     

汽车炸弹爆炸作用下防爆墙防护效应试验研究

为了检验不同构筑方式的快速拼装式防爆墙组合防护性能,利用皮卡车承载602 kg TNT制作的汽车炸弹进行实爆来模拟恐怖袭击。试验表明:汽车炸弹爆炸对墙后目标的破坏作用主要是由于顶部绕射的冲击波造成的,其消波性能的主要影响因素是墙体高度,且当墙体布设高度大于2 m时,防爆墙的消波效应可达81%以上,同时,在墙后1～2.5倍墙高处增设一道消波墙,可提高防爆墙的消波效应;防爆墙对墙后活体目标具有较好的防护能力,能有效抵抗汽车炸弹的袭击损伤。     

某炸药库内爆作用下坑道内隔爆防护墙厚度估算

文章以某炸药库安全评估工程的实际问题为背景,考虑到周围墙体的限制,坑道内的冲击波得以加强,以及附近坑道施工不受到影响为原则,通过数值模拟和简单公式,分析了10 t炸药库的爆炸破坏作用,提出了内爆作用下隔爆防护墙厚度的估算方法,并研究在一定的冲击波作用下隔爆防护墙的厚度,为安全评估提供参考。     

坑道内典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了研究典型工业炸药在相对封闭的空间中爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学方法对3种典型的工业炸药(2号岩石硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药)在坑道内爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况进行了模拟计算,重点研究了工业炸药爆炸产生的超压与冲量破坏效应,并与传统高能炸药TNT进行对比分析。结果表明:2号岩石硝铵炸药爆炸产生的冲击波超压破坏作用和冲量破坏作用最大,乳化炸药次之,铵油炸药的破坏作用最小;爆炸均产生了明显二次超压破坏现象,其出现的原因是坑道局部出现冲击波聚焦现象;在高温灾害效应方面,2号岩石硝铵炸药的高温灾害效应最高,乳化炸药次之,铵油炸药最小。并将数值模拟结果与经验公式结果进行了比较,其吻合较好,证明了计算模型和参数选择的合理性。     

内部爆炸作用下水介质容器壁部动态响应数值模拟

为了全面研究水介质爆炸容器在内部爆炸作用下,冲击波压力场的动态分布和壁部应变规律,本文利用动态数值模拟软件LS-DYNA,对水介质爆炸容器在内爆作用下内部动态压力场和壁部应变进行了三维数值模拟,并与实验和经验公式计算结果进行了对比。通过对数值模拟结果的分析,确定了爆炸容器结构强度在内爆作用下的薄弱区域。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

内部爆炸作用下水介质容器壁部动态响应数值模拟

为了全面研究水介质爆炸容器在内部爆炸作用下,冲击波压力场的动态分布和壁部应变规律,本文利用动态数值模拟软件LS-DYNA,对水介质爆炸容器在内爆作用下内部动态压力场和壁部应变进行了三维数值模拟,并与实验和经验公式计算结果进行了对比。通过对数值模拟结果的分析,确定了爆炸容器结构强度在内爆作用下的薄弱区域。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

超重力场下球形炸药水下爆炸实验及数值模拟

常重力条件下,Mach数和Froude数无法同时满足相似。采用离心模型实验,研究水下爆炸冲击波特性及气泡脉动规律,并采用数值模拟方法重现了超重力场下的水下爆炸过程。实验及数值模拟的结果表明,重力的改变基本不影响冲击波的峰值,COLE理论在超重力环境下仍然适用,而超重力场下,小当量炸药可以模拟气泡的脉动迁移过程,其结果可以用于预测大当量炸药深水爆炸的特性。此外,为减少计算时间并提高计算精度,采用将二维冲击波作为初始条件映射到三维模型的建模方法。对于冲击波计算,网格尺寸宜取药包半径的1/20¹/10;对于气泡脉动,宜取药包半径的1/21/10;对于气泡脉动,宜取药包半径的1/2¹。     

水下爆炸冲击波数值模拟的网格尺寸确定方法

网格尺寸对水下爆炸冲击波传播过程的数值模拟精度有较大影响,且不同当量下可接受的网格尺寸也有较大区别。通过研究不同比例爆炸距离处水下爆炸冲击波峰值、比冲量对有限元网格尺寸的依赖性,以“炸药半径与网格尺寸之比”作为网格尺寸划分依据,提出了一种对不同当量均具有较强适用性的网格尺寸确定方法;对数值结果的误差分析表明,采用炸药半径的1/3作为数值模型的网格尺寸,其计算精度可满足工程要求;同时通过对数值计算误差进行非线性拟合,得到了不同网格尺寸下冲击波峰值压力、比冲量的误差估计式,可为研究人员根据可接受的误差范围确定任意当量下合适的网格尺寸或估计数值计算的整体误差提供参考。     

爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究

考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程,基于Lagrange-Euler耦合算法,建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明:水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关,还取决于起爆距离及炸药当量等;隧道的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。