爆炸冲击波在双层地铁站内的传播规律研究

地铁站为地下封闭空间,发生爆炸往往会带来灾难性的后果,易成为恐怖爆炸袭击的重要目标。为研究地铁站爆炸冲击波传播规律,本文利用AUTODYN软件,对一典型两层两跨地铁站进行了数值模拟,给出了地铁站内部不同时刻的冲击波压力云图,得到了不同爆心距位置的压力时程曲线,研究了不同起爆层、侧墙、结构柱和楼梯对冲击波传播的影响,分析了冲击波超压峰值的衰减规律。计算结果表明,炸药在地铁站内爆炸,其冲击波传播明显异于自由空气中。在爆心距较小位置,有更多持续时间较短的峰值;在爆心距较大位置,压力时程曲线相对平缓。爆炸冲击波在站厅层和站台层的传播存在差异,且受到侧墙、结构柱、楼梯的影响。侧墙使近区冲击波超压明显增大,结构柱让柱间狭长区域的超压峰值出现上下小幅波动,楼梯的存在增强了迎爆面前方一段距离的超压,削弱了背爆面后方的超压。     

覆土库外部压力传播规律研究

覆土库兼具地面库和地下库的特点,可以通过覆土来降低爆炸时的爆炸超压和飞散物对周围人员和设施的影响.为研究覆土结构发生偶然爆炸时外部流场的传播衰减规律,采用0.5 kg TNT装药对钢筋混凝土直墙拱覆土库进行缩比试验,获得结构外部0°、90°、180°等3个方向上的冲击波超压数据,并采用LS-DYNA进行数值模拟.结果表...     

复杂坑道内爆炸冲击波传播快速算法研究

通过对爆炸初始段、入口传入段、直线传播、拐点、分叉、断面等典型工况条件下爆炸冲击波衰减影响因素分析,提出统一考虑多种传播衰减因素的综合衰减系数模型,基于网络流理论将复杂坑道中冲击波传播过程抽象为网络图进行建模,给出复杂坑道内爆炸冲击波最不利传播路径模型。提出传播累计距离、传播累计节点度、传播累计体积3个最不利传播路径评价指标,并基于3个指标设计了复杂坑道内爆炸冲击波传播快速算法,并对算法中用于计算网络最短路、任意网络拐点夹角、任意网络分叉夹角和内部任意点效应值的关键算子进行详细说明。最后通过一个应用案例与数值仿真计算结果进行对比,表明了该方法在计算效率上具有明显优势。     

爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律研究

地铁是重要的生命线工程,具有造价高、使用周期长、运行期间内部人员密集等特点,极易成为恐怖爆炸袭击的目标。炸药在地铁隧道内爆炸产生的冲击波由于受到地铁内衬砌的限制,会发生反射和叠加,其超压峰值远远大于自由场中的峰值,冲击波的传播过程也会更加复杂。为了探明爆炸冲击波在地铁隧道内的传播规律,以南京地铁隧道为例,利用LS-DYNA动力分析软件,采用流固耦合算法,对10 kg TNT炸药在地铁内的爆炸过程进行数值模拟,分析爆炸冲击波的传播过程,得出沿地铁隧道纵向超压的衰减规律,研究成果可为地铁隧道防恐怖爆炸袭击应急预案的制定和政府决策提供依据。     

不同胞孔泡沫铝对爆炸冲击波的衰减研究

运用LS_DYNA对三种不同胞孔形状的泡沫铝在爆炸载荷作用下冲击波的衰减规律进行数值模拟研究,得到了不同位置的应力波形曲线,表明冲击波应力随传播距离的增加,应力波峰值迅速衰减,且应力峰值随传播距离呈指数规律变化,但闭孔泡沫铝衰减冲击波性能要优于开孔泡沫铝,爆炸冲击波的传播速度随时间增加呈线性衰减。     

空间内部爆炸荷载的研究现状与分析

本文针对化学炸药爆炸,分析了国内外有关密闭空间内爆炸冲击波压力、准静态压力的分布特点及坑道内爆炸流场演变规律的研究现状;提出了现有理论及公式的局限性。     

直墙拱形巷道围岩应力场分析

为得出直墙拱形巷道围岩应力分布规律,应用复变函数弹性理论推导了直墙拱形巷道围岩应力分布的解析表达式。对直墙拱形巷道边界的围岩应力和巷道水平线方向的围岩应力分布规律进行分析,并考虑直墙拱形巷道断面高宽比和侧压系数对其影响规律。研究表明：在不同巷道断面高宽比、侧压系数下,直墙拱形巷道围岩应力集中区域主要集中在直墙底部底角处、拱形顶板中点附近和底板中部3个位置。不同巷道断面高宽比下,直墙拱形巷道沿水平线的应力分布规律基本相同。侧压系数大于1时,采用巷道断面高宽比小于1较有利于巷道稳定;侧压系数小于等于1时,采用巷道断面高宽比大于1较有利于巷道稳定。     

悬臂式防爆墙消波作用数值分析及其应用

在建筑物外部一定距离上设置防爆墙,能对汽车炸弹爆炸冲击波和碎片起到有效的防护,消除爆炸冲击波对建筑物及内部人员的破坏杀伤作用。应用Ls-Dyna程序,模拟分析了爆炸冲击波在设置悬臂式防爆墙的三维流场中的传播情况,并与不设置防爆墙的三维流场计算结果进行对比,得到了防爆墙后爆炸冲击波的超压衰减率。针对一重要建筑物,作者应用所得结果分析了拟构筑的防爆墙的消波作用和建筑物的安全。文中所用方法和成果可供防爆墙设计时应用参考。     

拱形钢包混凝土防护门动力学特性分析

本文对双扇钢包混凝土拱形防护门进行了动力学特性分析。首先建立了拱形防护门三维有限元模型,防护门模型由门扇、门铰页、门框和坑道岩体四部分组成。由于防护门在冲击波作用下的结构形式是变化的,所以计算得到了多种边界条件下防护门的固有频率及相应的振型。然后对防护门前爆炸冲击波超压时间历程曲线进行频谱分析,发现冲击波能量集中于低频区间,涵盖防护门的主要振动频率。其研究结果为进一步防护门在核、常规爆炸冲击波作用下的动力学响应分析奠定了基础。     

爆炸冲击波传播的数值模拟与试验数据对比

针对爆炸冲击波在坑道自由场传播的试验，建立了相应的有限元模型，运用大型有限元软件争DYNA进行了数值模拟。并与试验数据进行了对比，得出了数值模拟方法可行的结论，为今后研究坑道自由场爆炸冲击波的传播规律提供了理论依据和计算方法，同时也为坑道防护设计提供了参考依据。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线.并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式.对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不...     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

坑道内爆炸波的传播规律研究

为了进行坑道内爆炸防护的研究,采用有限元软件LS-DYNA对带拐角的坑道内爆炸效果进行数值模拟,计算结果和试验结果基本符合。研究了直坑道内平面爆炸波的形成过程,利用坑道顶部和底部压力平衡的方法,总结了坑道内平面爆炸波的形成规律。利用自由场空气爆炸波超压经验公式和总能量相似律,修正了计算坑道内爆炸波压力衰减规律的计算方法,新方法得到的结果和试验结果符合较好。对坑道内爆炸波的传播规律的研究可以为地下空间爆破施工安全以及地下工程的防护设计提供理论依据。     

地铁站突发爆炸人员伤亡评估模型研究

地铁站空间封闭,人流密集,突发爆炸下易造成灾难性后果。选取武汉某典型地铁站为例,研究地铁站中突发爆炸时冲击波的传播规律,预测爆炸造成的人员伤亡区域。通过建立地铁站内部空间的流固耦合模型,研究了爆炸冲击波在站厅层的传播过程及衰减规律,探讨了地铁站内边墙、立柱、电梯井等边界对冲击波传播的影响。以爆炸超压伤害为判据,将地铁站中人员伤亡划分为死亡、重伤、中伤、轻伤和安全等5种伤亡等级。研究了地铁站厅层不同爆炸当量下造成的人员伤亡情况,在空间上划分不同伤亡程度的预测区域,建立了地铁站突发爆炸人员伤亡评估预测的数学模型。研究成果可为地下工程突发爆炸下的应急抢险提供理论和技术支撑,具有重要的理论意义和工程价值。     

两层单跨缩尺RC框架结构外爆炸试验数值模拟

基于已有1/4缩尺钢筋混凝土(RC)框架结构爆炸试验,采用有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统全面地分析了爆炸荷载作用下开口框架、带填充墙框架、带部分开洞填充墙框架、车库4种结构形式的动态响应行为,对爆炸冲击波超压、冲量、结构局部及整体响应情况进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:当空气、炸药网格尺寸为50 mm×50 mm时,有限元模型可以较好地预测爆炸冲击波的传播过程和结构响应情况; 框架中柱的正面反射超压模拟值呈上小下大的梯度分布; 框架中柱的冲量模拟值和试验值较为吻合,正面冲量呈上小下大的梯度分布,背面冲量在楼层位置和填充墙附近明显增大; 底层框架中柱的损伤破坏与试验接近,跨中位移模拟值和试验值相对误差小于5%; 填充墙能够阻止爆炸冲击波在结构内部传播,但显著增加中柱位置的冲击荷载和底层楼板上下表面压力差; 通过对比模拟结果与试验结果验证了数值模拟方法、网格尺寸、材料模型与参数取值的正确性与适用性,可为原型RC框架结构抗爆响应和破坏倒塌分析提供有益的参考。     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。     

爆炸波模拟装置延长冲击波正压作用时间的关键技术

爆炸波模拟装置是实现试验室内模拟爆炸冲击波最有效的技术手段,其中冲击波正压作用时间的提高是最难解决的关键技术。通过炸药爆炸结合爆室空气预充压技术,利用毫秒延时控制爆炸技术,实现了爆炸波模拟装置冲击波正压持续时间的延长及精准控制,很好地解决了核爆炸冲击波模拟的难题。