内部爆炸作用下钢筒变形过程的电探针测量技术

为了研究圆柱形爆炸容器在炸药爆炸作用下的变形过程,设计了电探针测量内部爆炸作用下钢筒变形的方法。采用数值模拟方法进行预估,在钢筒的中心进行了120g TNT和180g TNT当量球形装药下的爆炸加载实验,获得了爆炸不同时刻钢筒径向位移随时间的变化关系,电探针测量钢筒最大变形与实验后钢筒变形测量结果较好吻合。     

小当量水中爆炸气泡的脉动现象

为研究水中爆炸气泡的脉动现象，设计了用于小当量(10 g TNT)水中爆炸研究的爆炸水箱，在爆炸水箱装置中进行了多次0.125、1.000、3.370、8.000 g TNT当量的PETN球形炸药水中爆炸试验。采用高速摄影系统获得了气泡脉动图片；给出试验范围内气泡脉动过程中气泡直径、速度及加速度随时间变化的拟合曲线。对气泡脉动直径和周期数据进行了分析，这些数据基本符合爆炸相似律。     

不同当量强爆炸早期火球现象的数值模拟

采用一维球对称辐射流体力学方程组，研究了不同当量强爆炸早期火球阵面、冲击波的形成发展过程，对计算结果进行了相似律分析。结果表明，随爆炸当量增加，火球阵面、冲击波扩张速度加快，火球扩张过渡阶段开始结束位置及持续范围增加，火球中心温度下降变慢；在火球阵面以冲击波扩张传播以后，火球阵面参量满足立方根相似律。     

地下爆炸地震强度与当量的比例关系

为了研究爆炸地震耦合强度与爆炸当量的关系,针对某一硬岩介质,在相同爆炸深度条件下,进行了系列不同爆炸当量的小当量化学爆炸试验,爆炸源附近的介质特性相同。应用近场地表记录的其中两次爆炸当量相差一倍的试验数据,比较研究了他们的爆炸震源函数折合速度势振幅谱比,得到他们的地震耦合强度地震矩M0比值近似等于2,与他们的爆炸当量比值相等,因此得到同爆炸深度的地下爆炸地震强度与爆炸当量成正比的结论。     

强爆炸早期火球光辐射能谱的数值计算

基于强爆炸火球光辐射的多群辐射流体力学方法, 采用算子分裂方法将方程组分裂为对流项和刚性源项, 其中源项部分根据方程形式, 进一步分裂为各群内的单独求解。数值计算表明:该方法克服了直接求解过程中辐射与流体耦合所带来的强不稳定性, 时间步长大幅提高, 给出的火球光辐射能谱特征与已有规律一致。可为定量分析光辐射能谱特征提供有效手段。     

泡沫铝内衬对抗内部爆炸钢筒变形的影响

为提高承受内部爆炸载荷钢筒的抗爆性能，研究了泡沫铝内衬对钢筒变形的影响。首先通过对比实验，发现在本文的实验条件下，泡沫铝内衬导致钢筒变形增大，甚至发生了严重的破坏；进而建立有限元模型，研究了钢筒变形随爆炸当量、泡沫铝内衬厚度的变化机理和规律。结果表明，添加足够厚度的泡沫铝内衬能够减小钢筒变形，但泡沫铝厚度不足时，则可能起到相反的效果。对于固定尺寸的含泡沫铝内衬钢筒，随着爆炸当量增加，泡沫铝内衬对钢筒塑性变形的影响主要包含3种模式。模式1，泡沫铝可通过塑性变形吸收爆炸载荷，从而减小钢筒变形。模式2，泡沫铝内衬导致钢筒承受的载荷强度增大，钢筒塑性变形增大。模式3，泡沫铝对载荷强度的影响可忽略，泡沫铝通过增大结构质量减小钢筒塑性变形。     

小当量地下爆炸的质点速度模型

在第四纪砂砾层中进行了系列公斤至百公斤级的地下封闭爆炸，研究了小当量化学爆炸地震波传播规律。在近场，地震波持时很短，水平振幅强于垂向振幅。质点速度随当量呈现指数增加，水平向指数为1.09，垂直向指数为0.77，质点速度随距离呈现指数衰减，水平向和垂直向指数分别为2.07与1.57。Sadauskas模型、显函模型和双极模型都能定量描述小当量地下爆炸地震波质点速度变化，但他们之间的反演精度存在差异，双极模型的残差最小。换言之，采用双极模型反演的数据更接近实际。     

空中强爆炸冲击波地面反射规律数值模拟研究

为准确预测空中强爆炸产生的冲击波载荷分布，基于欧拉坐标系建立了能够模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维多介质流体数值方法。结合网格自适应技术，对1 kt TNT当量的空中强爆炸在不同爆炸高度下的冲击波地面反射过程进行了数值模拟，并考虑了真实气体状态方程和空气随高度不均匀分布的影响。计算得到了地面上距爆心投影点大尺度范围内的反射超压和冲量等冲击波载荷分布，并给出了冲击波载荷随爆高的变化规律。     

小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验

为在实验室内开展深水爆炸气泡脉动规律研究, 通过增加水面大气压强来模拟水中静水压的方法, 建立可模拟深水环境的爆炸容器。开展不同模拟水深条件下的3种当量炸药的水下爆炸实验, 得到了气泡脉动过程图像, 验证小当量深水爆炸模拟实验与自由场实验的等效性, 分析气泡脉动周期与最大半径同模拟水深的关系。实验结果表明:容器壁面反射效应对气泡脉动过程的影响可以忽略不计, 模拟实验可等效为自由场实验; 深水爆炸气泡脉动周期及最大半径随流体静力深度增加的衰减系数分别为-0.83和-0.364。     

不同风场下TNT炸药爆炸烟云的扩散模型及特性

为获取不同风场下TNT爆炸烟云扩散时空分布规律与高度变化模型，本文理论描述了爆炸烟云扩散过程与机理，开展了不同水平风速下烟云扩散的计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真和外场时空分布实验，建立了不同水平风速下烟云高度随时间变化模型及烟云最终高度计算模型，分析了烟云扩散过程中形态、温度、密度、速度变化规律。研究结果显示:CFD方法仿真烟云分布结果与实验结果基本一致，大气稳定且无风条件下烟云高度随时间呈指数0.5的幂函数关系，最终高度与爆炸当量可拟合为指数0.47的幂函数模型；水平风会加快烟云与空气混合的速度，导致幂函数模型中指数参数随风速变大而呈线性减小规律，风速越大烟云上升速度衰减越快、上升时间越短、最终高度越低。     

基于红外辐射的爆炸火焰温度补偿测算技术

应用辐射测温法进行爆炸火焰温度测试时,火焰发射率取经验定值的方法与火焰燃烧机理存在较大的偏差,同时测点距离与环境温湿度也会导致不同程度的热辐射衰减,从而影响爆炸火焰温度的测量精度。本文针对上述两个问题,基于大气辐射理论与光学传播规律,提出了辐射路径衰减补偿模型,结合由红外热像仪和比色测温仪测量的爆炸火焰动态发射率,对爆炸场火焰真温进行联合反演,并将测算结果与比色测温仪测得的火焰表面温度进行对比,得到了反演温度误差范围。试验结果表明,利用本文所提出的补偿模型测算得到的爆炸火焰温度,误差由补偿前的55.699%～89.847%降低到11.292%～59.077%,有效提高了外场爆炸瞬态火焰温度的测算精度。     

高温熔融铝液与水接触爆炸过程实验研究

为探究高温熔融铝液与水相互作用的爆炸机理,设计了一套高温熔融铝液与水接触爆炸实验测试系统,应用红外热像仪、高速摄像机、压力传感器等设备监测高温熔融铝液与水相互作用过程,并对高温熔融铝液与水接触爆炸过程的能量转化规律进行了分析。实验结果表明:高温熔融铝液与水接触瞬间发生膜态沸腾,水剧烈汽化产生的冲击在水中产生扰动并快速扩张,40ms后膜态沸腾向核态沸腾转变,直至发生爆炸喷溅。综合能量守恒定律、爆炸冲击理论与实验结果可得,高温熔融铝液与水接触爆炸过程,约有3.34%~11.23%高温熔融铝液的潜热能转化为爆炸冲击波能量。     

基于爆炸地震波分析3次爆炸事件的主要特征

主要分析全球地震台网牡丹江和白家疃地震台记录的2006年10月9日、2009年5月25日和2013年2月12日的3次爆炸事件。主要通过3次事件P震相振幅比和功率谱比值估计了3次事件的能量比,采用互相关方法计算了3次事件的相关系数,对比震相波形探讨3次事件发生的相对位置。2013年的爆炸事件与2009年的爆炸事件相比,三分向最大单振幅比值和功率谱比值平均分别为2.2和2.6;与2006年的爆炸事件相比,三分向P震相最大单振幅比值和功率谱比值平均分别为11.1和13.9。该结果暗示了2013年爆炸事件释放的能量高于2009年爆炸事件的2倍,高于2006年爆炸事件的10倍。在2~4 Hz频段内,2013年爆炸事件与2006年爆炸事件、2009年爆炸事件三分向波形的最大相关系数平均分别为0.90和0.99。相关性分析结果表示,3次爆炸事件在能量的主要集中频段高度相关,这表明3次爆炸事件发生的位置相距很近。相对位置分析表明,2013年爆炸事件发生的位置在2009年爆炸事件发生位置的东偏南方向。     

温压炸药在野外近地空爆中的冲击波规律

为了研究温压炸药在敞开空间爆炸中冲击波的规律，选取典型温压炸药制成不同量级的裸药柱进行野外近地空爆实验，同时用TNT进行对比实验，获取温压炸药与TNT的冲击波参数并拟合得到相似律公式。结果表明，温压炸药的冲击波超压峰值在中远场略高于TNT；在相同对比距离处，温压炸药的比冲量明显高于TNT，在对比距离小于2 m/kg1/3的近场，温压炸药的比冲量达到TNT的2倍。引入超压-比冲量曲线描述冲击波特征，表明当超压峰值相同时，温压炸药比冲量更大, 超压峰值在20~50 kPa的中度以下毁伤范围时，温压炸药的比冲量比TNT高40%~60%，可产生更严重的毁伤效应。冲量是爆炸冲击波的重要毁伤元素，应建立与冲量有关的方法评价温压炸药的威力。     

岩石中化学爆炸气体渗漏行为的实验研究

通过小药量化爆模拟实验,研究了岩石中满足缩比关系的不同药量化学爆炸一氧化碳渗漏时间、渗漏份额与药量的关系。研究结果表明:相同介质中缩比爆炸实验气体渗漏时间大致与药量的三分之二次方成正比,渗漏停止时间也大致与药量的三分之二次方成正比;封闭空间内化学爆炸在爆室内产生的高温能够使爆室内一些物质分解产生非冷凝气体;对于不同药量的缩比实验,小药量实验的气体渗漏份额不小于大药量实验的气体渗漏份额。根据此研究结果,可以用小药量地下爆炸气体渗漏行为的监测结果预估大药量实验的气体渗漏行为。     

装药弹体侵彻混凝土厚靶中的炸药摩擦起爆模型

基于炸药的热爆炸理论，采用炸药的热点温度（也称为临界起爆温度）作为起爆判据，分析了装药弹体在侵彻混凝土厚靶过程中的炸药安全性问题，建立了炸药摩擦起爆的热传导模型。对模型进行了量纲一化分析，得出量纲一热流率幅值Qm与炸药和弹壳界面量纲一温度峰值Tmax的关系，以及可在实际工程中应用的临界量纲一控制参数Qmc，同时得到了反映摩擦产生的热量在炸药与弹壳间分配比例关系的量纲一参数Ⅰ。结果表明，炸药装药和弹壳接触面间的强摩擦是形成热点、从而导致炸药早炸的一个重要因素。     

基于量纲分析理论的煤尘爆炸能量预测模型

为预测煤尘爆炸能量，基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计，测定10次爆炸最长火焰长度平均值l₀、10次最长火焰长度出现时间平均值t₀与该小型煤尘爆炸中释放能量E₀，确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明:量纲选取完备，预测模型科学合理。     

温度压力对瓦斯爆炸危险性影响的实验研究

为了研究瓦斯的爆炸危险性，选取对其影响较大的初始温度和初始压力进行实验研究。运用特殊环境20 L爆炸特性测试系统，对不同初始温度(25~200 ℃)和初始压力(0.1~1.0 MPa)条件下瓦斯的爆炸极限、最大爆炸压力和点火延迟时间进行实验研究。结果表明:高温高压条件使瓦斯的爆炸上限升高、下限降低，爆炸极限范围扩大；随着初始温度升高，瓦斯爆炸的最大爆炸压力逐渐减小；初始温度越高，点火延迟时间越短。通过对实验结果的分析，运用安全原理知识和危险度定义，给出初步评估瓦斯爆炸危险性的方法。     

高压泄爆导致的二次爆炸

基于计算结果和相关实验结果，通过理论分析，对高压泄爆导致的二次爆炸机理进行了系统的阐述。泄爆后，泄出的高压可燃气体在泄爆口附近形成可燃云团，由于欠膨胀，云团内存在稀疏波低压区和Mach干高压区。火焰射流泄出后，在一定条件下，可使Mach干高压区内的可燃云团爆炸式燃烧，压力迅速上升，以致产生二次爆炸。