塑性减震技术在地下强爆炸环境下的应用研究

本文介绍了地下封闭爆炸中利用塑性减震技术对参试的重要测试仪器进行减震防护研究的基本原理和设计的基本思路，根据振动冲击理论计算和模拟实验实测结果研制的减震装置将63kg重的摄像装置的切向峰值加速度由地表激励的1695m/s^2减至在减震装置上的98m/s^2；将23.5kg重的摄像装置的垂向峰值加速度由地表激励的400m/s^2减至147m/s^2，实测结果表明，本文所研制的塑性减震装置，其减震效果与预计的结果相一致，增强了摄像装置在强冲击、大位移特殊环境下的物理生存能力，保证了拍摄图像的清晰完整，达到了设计的要求，满足了试验研究工作的需要。     

隔振沟对爆炸塔周边地表振动的影响

对内径2m、壁厚0.4m 的椭球封头爆炸塔进行有、无隔振沟条件下的对比爆炸实验,并监测塔体 周边6个测点的地表竖向及水平方向的振动速度。研究结果表明:地表质点的振动持续时间小于0.2s,竖向 振动频谱在20~500Hz范围内,水平方向振动频谱则在200~800Hz范围内;隔振沟使水平方向振动幅度衰 减至原来的1/10,对竖向振动幅度衰减至原来的1/4~1/3,对地表振动频率无明显影响;爆炸塔隔振沟的深 度为1m 时,对爆炸地震波无任何衰减作用,仅当深度达到1.5~2.0倍瑞利波波长时(5.6~7.5m)才会产 生明显的隔振效果。     

青川县桅杆梁斜坡地震动响应监测研究

本文采用941B型超低频测振仪及G01通用数采仪,自2009年5月13～27日,在青川县桅杆梁监测到4次余震。对山体斜坡高程805m和875m的余震地震动峰值加速度响应监测结果分析表明：相对于805m高程, 875m测点地震动峰值加速度在水平东西向以及垂向均呈减小趋势,而在水平南北向体现显著的放大效应,放大系数可达7～8倍,其FFT主频值主要集中为2～4Hz低频值。分析表明,所监测的微—有感地震震中位于测点北侧的青川断裂上,沿地震波传播方向斜坡体具有显著放大效应作用。     

爆炸冲击波作用下围岩与被覆结构的动力相互作用

爆炸作用下围岩与被覆结构的动力相互作用对于合理确定防护结构荷载、科学设计被覆结构具有重要意义。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流-固耦合算法,对垂直爆炸作用下不同爆距、不同跨度的地下结构与围岩的动力相互作用进行了数值模拟,应用波动理论进行了动力相互作用力分析,讨论了相互作用动载计算公式在岩石结构中的适用性,得到了围岩与被覆结构的最大相互作用力变化规律。研究结果表明:在距拱顶1~25 m垂直爆炸作用下,14~25 m跨地下结构都发生了拱顶局部破坏,整个拱的混凝土均会产生震动裂缝;当爆距为4 m时,围岩与结构的动力耦合作用最大,可以作为确定最大荷载的依据。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离 L 为-6m～19m 时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明：未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从19m 减小到10m 时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s 增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距 L 从10m 变为5m 时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s 减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

爆炸冲击作用时间差对盆骨和腰椎的损伤研究

为研究爆炸冲击环境下车内乘员小腿和座椅所受垂向冲击时间差对乘员盆骨和腰椎损伤的影响,利用Hyperworks和LS-DYNA进行建模和仿真分析,并结合小腿冲击试验和座椅跌落试验开展研究。分析结果表明:乘员小腿和座椅安装点单独受冲击时盆骨加速度、动态响应指数和腰椎z向力会分别产生正向和负向的峰值,但同时作用并控制冲击时间间隔时并不会出现正负峰值相抵消的现象;小腿和座椅安装点不同时受冲击时会加重乘员盆骨和腰椎损伤,且小腿先受冲击时损伤程度较座椅安装点先受冲击时严重。     

几种典型起爆药的混凝土侵彻过载

为考核战斗部引信用火工品中起爆药的抗过载性能及适应性,通过火炮实弹射击的混凝土靶侵彻过载模拟实验,分析了典型起爆药在模拟弹中真实的力学环境、失效特性及承载能力。测试与计算结果表明:实验弹丸过载8.7×104g、脉宽持续时间约2 ms、最大速度708 m/s、侵彻深度0.57 m、起爆药惯性载荷最大瞬态作用力为85.34 N、冲量70.17 mN·s、最大瞬态作用能为0.466 8 J、总能量18.656 1 J。在此力学环境下,由于起爆药质量较小,实际承受加速度引起的作用力较小,与静态撞击感度测试作用势能数量级相当,起爆药在实验弹中未发现损伤。     

小净距下穿铁路隧道爆破震动的响应研究

新建翠华山隧道与既有线小峪隧道垂直净间距仅为8m,复线隧道钻爆施工将影响既有隧道的结构安全。为保证既有线的安全运营,本文采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了隧道的有限元模型,数值分析了下穿铁路隧道爆破施工时隧道间水平距离L为-6m～19m时既有线的动力响应。结合既有线振动速度的实测数据,采用质点振速判据评估了下穿隧道爆破施工时既有线结构的安全性,保障了下穿隧道施工时既有隧道的运营安全。数值模拟结果分析表明:未出现新的自由面之前、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从19m减小到10m时,数值模拟所得峰值振速由10.5cm/s增大到12.0cm/s;出现新的自由面之后、爆破炸药量不变的情况下,两隧道水平间距L从10m变为5m时,数值模拟所得峰值振速由12.0cm/s减小到10.2cm/s,其后迅速衰减。因此,隧道爆破施工中可人为地创造自由面以降低爆破震动效应的危害。同时,既有线隧道迎爆面测点竖向振动速度较大,是爆破震动效应控制的薄弱部位,施工过程中应加强该部位的监控量测。     

弱围压与垂直冲击强扰动下块系岩体超低摩擦效应试验研究

随开采深度增加,深部岩体结构趋于破碎,临近工作面待开采岩体受弱围压作用,遇冲击载荷强扰动时,易诱发超低摩擦型冲击地压。采用自主研制的弱围压块系岩体超低摩擦模拟试验装置,以5个上下叠加花岗岩块体模拟深部临近工作面破碎岩体,通过螺栓加载方式对块系岩体施加弱围压作用、垂直方向施加冲击载荷作用模拟强扰动。以垂直加速度差值变化作为超低摩擦效应强度特征参数,分析得到了冲击载荷强度、围压对块系岩体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:垂直冲击载荷作用下,块系岩体振动分为受迫振动和自由振动两个阶段,随冲击载荷增大,块体垂直加速度差值峰值增大,垂直加速度差值衰减时间延长,此时超低摩擦效应强度和持续时间均显著增加;围压与冲击载荷共同作用下,存在围压临界值使得超低摩擦效应强度达到最大;随围压增加,超低摩擦效应最大强度发生时刻提前,当试验围压达到最大值时,超低摩擦效应最大强度发生时刻趋于一致。     

地面和埋置爆炸土中地冲击作用分区数值模拟及试验研究

为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布,基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验,验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型,并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明:随着土介质深度的增加,感生地冲击峰值减小,而直接地冲击峰值增大,最终,压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值,据此特征可将土中应力波场分为3个区域,即地表区、近地表区和中心区;当装药比例埋深为?0.05～0.075 m/kg1/3时,随着装药比例埋深的增大,中心区迅速扩大,地表区迅速缩小,近地表区逐渐扩大;当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg1/3时,地冲击作用区的分布趋于稳定;爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响,但在一定范围内,地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。     

转子系统振动变参控制中的瞬态响应

本文以可变参数的挤压油膜阻尼器作为控制元件，研究了转子在稳态转速及加速运动过程中进行变参控制时的瞬态响应问题。结果说明了对转子系统的振动进行分段变参控制，无论是在稳态还是在加速运动过程中，一般都可以取得满意的控制效果，不仅可以减小转子系统的振动，而且还可以使转子系统平稳地通过具有较大振动的共振区，但变参位置不应在多值转速区内。     

模式自适应连续小波去除趋势项方法在爆破振动信号分析中的应用

为了更精确提取爆破振动信号峰值速度、能量等重要特征,必须对爆破振动加速度信号时域积分中的趋势项予以去除。通过对实测爆破振动加速度信号进行梯形数值积分,提出以时域积分后的爆破振动速度信号来构造模式自适应小波基的方法,并用此方法去除时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项,然后对去除趋势项后的爆破振动速度信号进行能量特征分析。结果表明:模式自适应连续小波法成功去除了时域积分后爆破振动速度信号中的趋势项;与建立在传统Fourier变换基础上的频谱分析相比,小波变换的能量分析具有更精细的频率分辨率,更适合于对频率分辨率要求更高的爆破振动信号进行分析;各频率区间范围划分越宽,爆破振动加速度信号与速度信号各频率区间内能量分布的相关程度越高,反之,相关程度越低。     

连续小波变换离散化的爆炸振动特征分析

应用连续小波变换的离散化关系,针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数,给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法,并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明,在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽,而其他时刻的振动频率相对较为集中,时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外,还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。     

混凝土爆破损伤的SPH-FEM耦合法数值模拟

为了提高计算效率以及更好展现爆炸荷载下混凝土破坏过程,采用SPH-FEM耦合法对混凝土爆破成坑进行模拟。首先结合前人给出的C30混凝土Holmquist-Johnson-Cook（HJC）部分本构参数,通过理论推导等方法确定出剩余的参数;然后代入模型中计算,将数值解与实测数据进行对比;最后以峰值压力和峰值加速度作为考察对象,对HJC模型中21个参数敏感性进行分析。结果表明:SPH-FEM耦合法能直观地模拟爆炸荷载作用下爆坑的发展全过程,且能够较好地处理SPH边界问题;基于所给出的C30混凝土HJC本构参数,采用SPH-FEM耦合法对混凝土爆破破坏进行模拟,计算结果与实测数据吻合度高,表明HJC本构参数的确定具有合理性。此外,还发现HJC本构参数对爆破问题结果的敏感度各不相同,指出对峰值压力和峰值加速度均有较大影响的参数在确定的时候需引起足够的重视。     

密集建筑物下隧道开挖微振控制爆破方法与振动分析

为适应城市密集建筑物下隧道爆破对振动的高安全要求, 研究用普通爆破器材进行振速精确控制的爆破技术和参数确定方法。以渝中隧道为研究背景, 在开发准确延时非电雷管的基础上, 利用傅立叶函数和MATLAB软件拟合了不同药量单孔爆破振动波形, 分析了1~50 ms不同间隔下振动叠加的量化数据; 讨论了各微差间隔时间的降振效果; 在指定振速的情况下, 确定单孔药量和微差起爆时间; 实测并分析了现场使用雷管各段微差间隔特点, 据此进行针对性的爆破设计和采用逐孔掏槽爆破进行振速控制。现场应用表明:隧道爆破振速始终小于1.00 cm/s, 在此振速下避免振动叠加的最优单孔药量为1.2 kg, 爆破振速峰值位于主掏槽的第1段或第2段雷管起爆后, 且与理论分析结果吻合较好; 逐孔起爆60 ms后振速下降50%以上。研究表明:在高安全指标下, 以非电雷管实施精确控制爆破是可以实现的。     

40kg TNT当量爆炸塔的振动监测及分析

运用速度传感器和拾振器，对40 kg TNT当量爆炸塔在15、20、25和40 kg TNT炸药爆炸加载下爆炸塔旁侧实验室所在地面、屋顶以及塔顶的振动速度进行监测分析。测试结果表明:在本实验条件下实验室地面质点振动速度峰值均小于5 cm/s，振动持续时间为5~10 s，振动频率一般高于10 Hz；屋顶的竖向振动峰值是水平向的6~7倍，即存在显著的竖向振动放大效应。小波包分析表明:地面竖向振动携带的能量是水平向振动携带能量的2.5~4.0倍，质点振动信号中95%以上的能量处于0~160 Hz频带，而竖向振动中90%以上的能量集中在10~40 Hz范围。研究结果提示:6 m深隔振沟的隔振效果十分有限，在超过5 kg TNT当量的加载条件下，欲取得理想的隔振效果，应选择独立地基和隔振支座的减振设计方式。     

中深孔爆破振动参数的BP神经网络预报

以某工程不同爆点不同监测点的爆破振动监测数据为背景 ,在分析爆破振动主要影响因素的基础上 ,建立了能同时对爆破振动速度峰值、振动主频率和振动的持续时间进行预报的BP神经网络模型。该模型的预报结果 (爆破振动的幅值、振动主频率和振动持续时间 )与实际监测结果基本吻合 ,从而得到了该场地不同地质、地形情况下爆破振动预报的BP神经网络模型。     

爆炸冲击震动对砖墙破坏作用的数值模拟

砖墙在爆炸冲击震动作用下的动力反应非常复杂,本构关系很难精确建立。本文阐述了砖墙几种常用的有限元模拟方法,分析各种方法的优缺点,确定采用一种砖块和砂浆分开的精细化建模的三维砖墙有限元模型;通过LS-DYNA软件,得到砖墙在水平爆炸冲击震动荷载下的破坏过程,计算结果与实验现象很好。研究表明:该种分析模型综合考虑了砖块和砂浆之间复杂的相互作用,并且对砂浆层进行了单独建模,保证了砖墙在数值模拟上的真实性和正确性,因此可以准确地模拟出实验中砖块之间砂浆层的损伤积累破坏。     

基于激波管评价的单兵头面部装备冲击波防护性能研究

为了优化单兵头面部防护装备结构,提升防护性能,首先开展了基于实爆场和激波管环境的裸头模抗爆炸冲击波对比测试。在此基础上,利用激波管对佩戴不同结构、不同防护等级的头盔-头模系统分别进行了正向及侧向爆炸冲击波防护性能测试,并对头盔-头模系统前部、前额部、顶部、后部、耳部以及眼部等重点区域的冲击波超压峰值和持续作用时间进行对比分析。实验结果表明,基于激波管的抗爆炸冲击波测试方法可替代外场实爆进行考核。受到冲击波正向作用时:两半盔头模顶部测点所测冲击波超压峰值约为喷管出口的 1/6,是裸头模和一体盔头模的 1/3;冲击波在两半盔顶部分体结构处分流卸压并形成叠加反射,导致作用时间延长（从 5.5～8.5 ms）,但超压峰值降低明显;对后部测点而言,冲击波的绕行和叠加使一体盔头模所测冲击波超压峰值（365 kPa）略高于两半盔头模（303 kPa）,约为裸头模（148 kPa）的 2.5 倍。通过提高单兵头面部防护装备结构密闭性（如佩戴眼镜、耳罩或者防护面罩）,可有效阻止冲击波进入头盔-头模系统内部,减弱叠加汇聚效应,提高单兵头面部装备防护性能。