水下多点爆炸条件下的冲击波载荷特性

针对水下多爆源起爆的实战背景,开展了两点同时起爆条件下冲击波载荷特性的数值模拟研究。基于自研的多相可压缩流体计算程序,采用高精度的数值格式对流体控制方程进行离散求解。将数值模型计算的自由场水下爆炸的结果与理论结果比较,初步验证了数值模型计算的准确性与可靠性。利用该模型计算了典型工况下水下两点起爆工况,计算结果表明:两爆源对称面上压力相比单爆源线性叠加后的峰值压力增加12%~16%;两爆源垂直截面之间的压力存在双峰现象;而对于两垂直截面之外的测点压力也存在双峰现象,第1个峰值压力与单爆源线性叠加的峰值相等,第2个峰值压力要远低于单爆源线性叠加的峰值,峰值压力下降幅度可高达30%左右。研究结果能够为水下武器防护设计与威胁评估提供参考。     

地下管廊在燃气爆炸作用下的动力响应分析

在燃气通过地下管廊输送过程中,若燃气泄漏进入管廊内部并引起爆炸将会产生严重的后果。以平潭综合试验区环岛路管线工程为背景,借助LS-DYNA非线性动力分析有限元软件,基于流固耦合和ALE多物质算法,建立地下空间燃气爆炸数值计算模型,探讨管廊内燃气爆炸过程中爆炸冲击波对管廊结构的影响。数值计算结果表明:在爆炸过程中,超压峰值从爆源中心转移到波阵面上,导致爆源附近压力低于波阵面压力,爆源附近形成负压区;爆炸荷载作用下,燃气仓内距离爆源最近的内墙上的测点超压值最大,在t=7.8ms时达到最大值为18.65MPa,且在t=10ms左右时,位移和速度达到最大值,分别为10.47mm、3.303m/s;气体爆炸后,管廊燃气仓内墙正负压振荡时间持续较长,振动现象最为明显,最易发生破坏。     

顶爆和拱腰侧爆同时作用下锚固洞室的动态响应

基于相似模型试验,采用显式非线性动力分析程序LS-DYNA3D研究了地下锚固洞室在拱顶和拱腰侧两处集中装药爆源同时爆炸作用下应力波传播规律、裂纹形成机理以及洞壁围岩位移分布特征。通过对比分析顶爆试验和计算模型的压应力时程曲线,发现模拟与试验结果吻合,且符合应力波的传播规律,表明数值模拟结果可靠。爆源爆炸后,应力波以圆形向周围岩体传播,两应力波相遇处压应力强度明显大于周围岩体;当应力波传到自由面时,会反射形成拉伸波,在地表下方和洞室上方发生“层裂”现象,在拱顶和拱腰侧爆源中间沿洞室径向有裂纹延伸,由于拉伸波的叠加,在爆源下方出现“八”字形的锥形裂纹面。锚杆能够起到加固岩体的作用,锚固洞室比毛洞裂纹分布少,毛洞迎爆侧裂纹主要为横向裂纹,而锚固洞室则为径向劈裂和横向裂纹。两爆源中点洞室径向处的洞壁围岩位移峰值最大,极易产生破坏。     

爆炸载荷下舱内泡沫铝夹芯结构的动响应特性

为探索爆炸载荷下舱内夹芯复合结构的动态响应特性与防护效能,采用小尺度舱室结构模型实验,结合有限元数值分析,开展了不同爆炸距离下舱内双层泡沫铝夹芯结构的动响应特性和变形模式研究。分析了不同爆距下舱内爆炸载荷的作用过程和时空分布特性,讨论了在初始冲击波、初始冲击波叠加各壁面二次反射波和舱内爆炸准静态压力3种载荷下泡沫铝夹芯结构的变形模式。爆炸载荷下舱室壁板承受的载荷依次为初始冲击波、各壁面二次反射波和准静态气压。炸药在靠近舱室一端处起爆时,初始冲击波在近端壁的局部效应明显,在远端壁的作用范围更大,与舱室中心爆炸相比,其爆轰产物波动次数更少。泡沫铝夹芯结构的变形过程可分为泡沫芯层压缩、局部凸起变形和整体挠曲变形3个阶段,对应迎爆面板局部凸起叠加整体挠曲大变形、局部凸起叠加整体挠曲大变形和整体挠曲大变形3种变形模式。     

转弯结构对其前方直巷内气体爆炸冲击波的影响（英文）

转弯结构是煤矿巷道最基本的建筑单元之一。研究转弯结构对井下瓦斯爆炸的影响规律有助于煤巷抗爆能力评估和优化设计。基于此,借助数值模拟研究了不同转弯条件下转弯前直巷道内局部瓦斯爆炸流场,重点分析了转弯前直巷道内冲击波传播规律。研究表明:对于同一转弯结构,越靠近转弯位置,与直巷道内相应位置处的爆炸冲量的差异越明显;对于不同的转弯结构,转弯角度越大,与直巷道相应位置处的爆炸冲量的差异则越大。基于反射波对转弯前直巷道内原始冲击波的影响,建立了临界尺度距离随转弯角度的定量关系。在转弯处,爆炸冲量随转弯角度的增加而增大,与直巷道相应位置处的爆炸冲量相比,其增长比例随转弯角度的增大呈非线性增长。     

强点火作用下C3HF7对甲烷-空气爆炸的抑制

为解决瓦斯输送过程中的爆炸安全问题,探索寻找绿色环保且阻火性能优越的新型抑爆剂,开展了当量比下甲烷-空气预混气体爆炸传播过程中的七氟丙烷抑爆效果研究。实验采用长径比L/D=108的水平管道爆炸特性测试系统,研究了在强点火作用下不同体积分数的七氟丙烷对9.5%甲烷-空气预混气体最大爆炸压力、最大压力上升速率和火焰传播速度的影响。实验结果显示:将2.5 m长的管段作为七氟丙烷抑爆区时,七氟丙烷阻断9.5%甲烷-空气预混气体爆炸火焰传播的最小体积分数为5%;当七氟丙烷的体积分数为1%~4%时,不仅无法阻断爆炸火焰的传播,而且与对照组相比,会使火焰传播速度加快;当七氟丙烷的体积分数为1%~6%时,爆炸源及管道末端处的爆炸压力峰值随着七氟丙烷体积分数的增加而逐渐减小;当七氟丙烷的体积分数为3%时,抑爆区处的爆炸压力峰值与对照组相比增幅为10.9%。     

刚性柱附近浅水爆炸荷载特性研究

刚性柱附近浅水爆炸时冲击波传播、气泡射流受多种因素影响。考虑水面、水底、刚性柱与水下爆炸冲击波及气泡的耦合作用,基于LS-DYNA有限元软件,建立浅水爆炸全耦合模型,通过经验公式验证有限元模型的正确性。研究表明:采用炸药直径1/3～1/2中心渐变网格能够较好地保证数值模拟精度。在冲击波传播阶段,刚性柱迎爆区冲击波峰值上升并产生切断现象,冲击波下降段被"截断",而背爆区冲击波峰值衰减约50%,同时正压作用时间增加;在气泡脉动阶段,气泡在收缩阶段产生指向刚性柱的气泡射流,当刚性柱与炸药之间的距离约为一个气泡半径时,刚性柱附近的脉冲荷载增幅最大,脉冲荷载最大测点水深较爆心上移。     

爆炸冲击波在仿桥梁结构内传播的数值模拟

桥梁作为交通枢纽中的重要关卡,受到强冲击载荷作用后的毁伤效果一直是国内外关注的热点问题。炸药爆炸是对其进行毁伤的最为有效的手段之一,研究爆炸冲击波在桥梁结构中的传播规律对桥梁结构抗爆设计和爆炸事故救援具有至关重要的作用。为此,搭建了桥梁的局部结构并进行爆炸毁伤实验,为数值模拟研究提供数据参考。采用自主开发的三维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-3D对仿桥梁结构的爆炸冲击波传播问题进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与实验结果进行对比,验证了数值算法的有效性;进一步通过对比不同位置处的压力时程曲线来分析爆炸冲击波在仿桥梁结构中的传播规律,并分析了炸药在不同位置处爆炸和不同当量炸药爆炸对桥梁结构毁伤的影响规律。基于数值仿真结果,得到了给定工况下炸药对仿桥梁结构内的人体和车辆的毁伤程度。最后,通过对比分析不同工况的数值模拟结果,从仿真的角度给出了安全预防建议。     

不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响

 采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。     

氢氧爆轰波在激波管中的成长机制研究

 针对气相爆轰波成长机制研究,采用压力传感器和高速摄影技术,测试了氢氧混合气体在点火后的火焰波、前驱冲击波以及爆轰波的成长变化过程,计算了冲击波过程参数和气体状态参数,分析了火焰加速机制。实验结果表明,APX-RS型高速摄影系统可用于拍摄气相爆轰波的成长历程;氢氧爆轰波的产生是由于湍流火焰和冲击波的相互正反馈作用,导致反应区内多处发生局部爆炸,爆炸波与冲击波相互耦合,最终成长为定常爆轰波。     

港池环境近水面水下爆炸特性及其毁伤效应

为研究港池环境近水面水下爆炸载荷及其对码头结构的损伤特性,设计了一种典型码头结构,并构建港池环境,运用LS-DYNA程序开展水下爆炸数值模拟研究,对爆炸现象、荷载特性、结构动态响应和能量吸收特性4个方面进行了详细研究,分析了边界、比例爆距等参数的影响规律。结果表明:爆炸气泡脉动主要受到码头结构边界和水面的影响,水底和有限港池内的流体运动对其亦有一定影响;冲击波荷载以比例爆深为中心呈垂向对称分布,气泡脉动荷载主要分布于比例爆深以下位置;结构变形和毁伤主要在冲击波传播阶段形成,气泡脉动和射流的二次毁伤效果较弱;混凝土和沉箱内填土是主要能量吸收部分。     

含铝炸药水中爆炸冲击波相似律适应性探索

针对含铝炸药非理想性显著的特点,探索其水中爆炸后远场冲击波相似律的适用性。实验在8 kg当量TNT的爆炸水池中进行,在距离爆心不同位置处测量了冲击波压力剖面曲线,得到了峰值压力和压力衰减时间,结合量纲分析方法和含铝炸药的特点,对冲击波相似律适用性问题进行了探讨。实验结果表明,对于含铝炸药来说,存在着峰值压力相似而时间常数不太相似的特点,这与铝粉的二次反应放能有关。     

水中金属丝爆引燃铝粉悬浮液冲击波增强效应

开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。     

聚能装药水下爆炸冲击波载荷规律

对聚能装药水下爆炸近区压力分布进行了实验研究,将其结果与数值计算结果进行比较,验证了计算模型及方法的可靠性;利用数值计算方法研究了聚能装药水下爆炸冲击波的分布规律、不同装药形式冲击波的传播以及能量的分布。结果表明:水中近场冲击波具有较强的不均匀性,侵彻体前端的水介质中有较强的压力扰动,对正向冲击波有增强作用,等压线呈不规则形状,近场冲击波阵面呈"梨形"演化。     

冲击波作用下引信传爆序列殉爆的数值模拟

为研究不敏感弹药或不敏感引信在战备和后勤贮存过程中的殉爆现象,利用装填JH-14C传爆药的某引信传爆序列,开展了冲击波作用下的殉爆数值模拟研究,获得了引信传爆序列爆轰波成长历程、传播规律以及临界殉爆距离,建立了冲击波能量判据,并给出了殉爆条件。结果表明:冲击波由传爆药左上向右下传播,在最右下端面处起爆,引信传爆序列的临界殉爆距离为9.7 mm;当作用冲击波能量大于临界起爆能量时,引信传爆序列发生殉爆。     

甲烷-煤尘爆炸物火焰传播特性

 在10 m³的爆炸罐中对体积分数为8%的甲烷和75 g/m³煤尘的混合物进行了系统的燃烧爆炸实验。分别利用光测方法和压力方法得到了爆炸物的层流燃烧速度、火焰传播速度、火焰厚度、马克斯坦长度以及爆炸特征值的变化规律。结果表明,在常温常压下,当点火能为40 J时：利用光测法得到的8%甲烷与75 g/m³煤尘混合物的燃烧速度为0.437 m/s,而根据压力-时间关系得到的混合物燃烧速度为0.459 m/s,两者符合较好;用火焰厚度与马克斯坦长度判定的火焰发展趋势相同,即向外传播的火焰趋于稳定;爆炸物的爆炸特征值最大值出现在0.5 m处,壁面的爆炸特征值偏小。     

2 TPa压力下2169钢的冲击压缩测量

 利用地下爆炸产生的冲击波进行2169钢冲击压缩测量。测量是根据阻抗匹配解方法并且以铁作为标准材料。布置47根接触电探针以确定2169钢和标准材料中的冲击波速度以及冲击波阵面形状。测量出的2169钢冲击压缩参数是：冲击波速度u_s=22.12 km/s，波后粒子速度u_p=13.39 km/s，冲击波压力p=2.31 TPa和压缩比σ=2.53。本测量结果与较低压力下化爆测量结果的外推值的比较表明，两者基本一致。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）北大核心CSCD

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

点火能对气体爆炸过程中薄壁管道应变规律的实验研究（英文）

点火能量是管道内可燃气体爆炸的重要影响因素。实验采取末端闭口的管道,利用传感器以及数据采集系统测定各测点处的压力及压力波作用对管壁的动态响应,研究不同点火能作用下管道内甲烷-空气预混气体的火焰传播特性,并对管壁的动态应变进行了初步分析。结果表明,点火能量越大,爆炸反应程度越剧烈,管道内最大爆炸压力就越大,管壁的最大动态应变也越大,并且动态应变信号和压力波信号呈现较好的一致性。研究结果为预防管道内可燃气体爆炸事故提供了理论基础。     

基于相干分析的离心泵压力脉动与振动关系识别

离心泵内的压力脉动会导致泵体的振动,对其安全稳定运行产生危害.离心泵内压力脉动与振动的关系尚不清晰,因此本文对一台低比转速离心泵展开了实验研究,在蜗壳第Ⅱ断面外壁布置振动测点V,在其两侧沿圆周方向间隔36°依次布置P1、P2、P3三个压力脉动测点,其中P1与P2相对于测点V对称布置,同步采集压力脉动与振动信号,并在额定工况下进行相干分析。结果表明:压力脉动信号与泵体振动信号在各个基频处具有很强的相干性,可以认定造成离心泵低频振动的主因是离心泵内动静干涉和转子不平衡;通过对比相干系数发现,P1测点在各个主要基频处的相干性突出,P2测点相对较弱,而远离振动测点V的P3测点相较于接近振动测点V的P2测点其相干性更大。