水中爆炸冲击波在高桩圆柱结构上的分布规律试验研究

针对高桩码头抗爆设计需要,通过不同装药量、不同作用距离高桩圆柱模型荷载分布试验,得到水中爆炸冲击波在结构不同位置的反射压力和绕射压力,归一化处理得到爆炸冲击波在圆柱形结构上的反射系数和绕射系数。试验结果表明:在3~9倍比例距离内,正反射系数约为1.8,绕射系数约为0.55,在水中圆柱结构抗爆设计时,绕射压力不能忽略。     

水中爆炸下轨条砦表面压力测试及分析

轨条砦表面压力的测试及分析对研究水中爆炸载荷激励下轨条砦内部响应传播规律具有重要意义。论文开展浅水中远距离爆炸载荷作用下轨条砦表面压力的测试,炸药为3 kg的B炸药。通过对测得水中自由场爆炸冲击波压力峰值进行经验公式拟合,对比分析轨条砦表面压力峰值及水中自由场压力峰值。研究结果表明:在轨条砦各表面中迎爆面的压力峰值远超其他壁面。在同种炸药相同距离工况下,轨条砦表面压力明显大于水中自由场爆炸冲击波压力峰值,造成这种结果的主要原因是水中冲击波在轨条砦结构表面产生复杂的反射、绕射作用。轨条砦表面压力的测试及分析对爆炸载荷下水中障碍物表面压力的测试及毁伤分析具有一定参考性。     

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。     

快速拼装式防爆墙消波性能试验研究

通过炮弹静爆试验,对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值,提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数,并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明:作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级,比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大;有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压,防爆墙的消波效应可达50%以上;比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能,随着墙后比例距离的增大,消波效应系数逐渐减小。     

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.     

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

浅水中爆炸水底介质对水中冲击波峰值压力影响的试验研究

作为评判水中爆炸冲击波强度的一个重要因素,水中冲击波峰值压力研究至关重要。在满足爆炸相似律的基础上对水中爆炸试验的相似要求进行推导,建立试验条件下水中冲击波峰值压力的回归模型。在两种水底介质、不同水深情况下进行试验,采集不同测点的水中冲击波的峰值压力,运用π定理和量纲分析、最小二乘法对试验数据进行分析,得出了符合爆炸相似律的公式,并验证了回归公式的准确性。通过显著性检验可知浅水中爆炸中测点和装药的距离对水中冲击波峰值压力的影响最大,水深因素的影响可忽略。对不同水底介质试验中的数据分析得出水底介质对峰值压力影响较大,软泥夹石水底试验中测得冲击波峰值压力约为软泥水底试验中冲击波峰值压力的4/3倍。     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。     

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。     

一种改进的水下爆炸冲击波信号修正方法

爆炸载荷是舰船抗冲击设计和分析的基础,爆炸冲击波是表征炸药威力的一个关键物理量。在水下爆炸试验中,由于PCB138A50型电气石水下传感器在高频段存在失真,使得水下爆炸自由场压力信号存在上升沿、峰值失真的情况。当爆源与测点的水平距离远大于测点深度时,测点接收的信号需考虑反射波影响,一般会出现水面截断,形成驼峰现象。这都会使压力信号的冲击波能量计算产生误差,进而影响舰船的抗冲击分析。文章用Jensen提出的方法修正峰值,使用Cole函数对冲击波进行拟合修正。经对比,Cole函数拟合法比传统的指数拟合法修正后的冲击波能量更接近于试验炸药冲击波能量的理论值。     

空气层对RDX水下爆炸性能影响的实验研究

为了探究空气层对RDX爆炸性能的影响,采用水下爆炸实验测出含不同体积空气层的RDX水下爆炸参数,结果表明,空气层对水下爆炸参数的衰减作用显著。在相同不耦合系数K下,R_1和R_2处的比气泡能大小近似相等,分析认为比气泡能仅与炸药产生的爆生气体有关,与冲击波传播的距离无关。在R_1=0.8 m处,不耦合系数K为1～7时,峰值压力显著降低,通过实验结果拟合得到RDX的峰值压力经验公式;当K为7时,对RDX药柱冲量的影响较小,相反地,峰值压力、比冲击波能、比气泡能、水下爆炸总能量分别降低了46.62%、42.98%、37.26%、40.03%。同时,对空气层衰减RDX水下爆炸性能机理进行了分析,总结并提出一种全新的水下冲击波调节方法。     

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。     

水中爆炸的殉爆试验方法

为了研究弹药水中爆炸的安全性,依据水中爆炸的特点,建立了一种利用冲击波峰值压力和气泡周期判断水中殉爆的试验方法,可以确定炸药的殉爆距离、殉爆安全距离以及被发装药的殉爆反应程度,通过水中爆炸试验进行了验证。结果表明:主发装药为带壳1.5 mm铝壳的GUHL-1装药、被发装药为带壳1.0 mm铝壳的RS211装药时,殉爆距离L100约为60 mm,殉爆安全距离L0约为120 mm。根据水中爆炸的冲击波压力和气泡周期可以可靠地判断被发装药是否发生殉爆,并可以定量估算被发装药的反应程度。     

水胶炸药不同交联时间水下爆炸能量的研究

为了研究化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量的影响,制备了交联时间分别为0.5、1.0、3.0、24.0、72.0 h和168.0 h的水胶炸药;在相同的试验条件下,采用水下爆炸法分别测试不同交联时间下水胶炸药水下爆炸的比冲击波能、比气泡能以及总能量,并与2^#岩石乳化炸药水下爆炸总能量进行对比。结果表明,化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量有较大的影响,在一定的交联时间范围内,随着交联时间的延长,水胶炸药的水下爆炸能量持续增加,当交联时间为72.0 h左右时,水胶炸药的水下爆炸能量达到最大;此后,若再延长交联时间,水胶炸药的水下爆炸能量呈下降趋势。交联时间为1.0 h时,水胶炸药的水下爆炸总能量与2^#岩石乳化炸药的水下爆炸总能量相当。     

爆炸荷载作用下FRP管-混凝土-钢管组合柱动态响应的数值模拟研究

针对FRP(纤维增强复合材料)管-混凝土-钢管组合柱的抗爆性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟研究。分析了组合柱在爆炸荷载作用下的破坏形态、不同比例距离以及不同厚径比情况下的动态响应。结果表明:在爆炸荷载作用下,组合柱损伤程度明显降低;随着比例距离逐渐增大,FRP材料组合柱的中部水平位移峰值显著降低;随着厚径比增大,组合柱刚度逐渐增强,组合柱中部水平位移峰值也显著降低。因此,该类组合柱具有优越的抗爆性能。可为该类型组合柱的抗爆设计以及进一步研究提供参考。     

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。     

乳化炸药空中爆炸冲击波衰减规律的研究

为了研究乳化炸药空中爆炸冲击波的衰减规律,利用空中爆炸测试系统测定了乳化炸药空中爆炸的冲击波超压。根据试验数据,提出了描述冲击波超压峰值与比例距离关系的修正经验式,并将试验数据和经验公式计算值进行了对比分析。结果表明:当比例距离z=L/W~(1/3)≤2.4时,修正公式与除Mills公式以外的其他经验公式吻合得较好;当z=L/W~(1/3)2.4时,修正公式与所有经验公式基本吻合。通过对比,乳化炸药空中爆炸修正经验式可应用于工程爆破实践,对于减少空气冲击波危害具有重要的理论和实际应用价值。     

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。