空腔解耦爆炸实验研究的基础理论(Ⅱ)

空腔解耦爆炸可使远区地震波幅度大大降低 ,国外已在现场和实验室内进行了大量的实验研究 ,但涉及空腔解耦爆炸实验数据分析方法及相关的基础理论知识基本上散布于各文献 ,我们在对国外有关文献调研的基础上 ,较为系统地介绍了空腔解耦爆炸的基础理论知识、实验数据的分析方法及解耦效应的简化分析模型。     

空腔解耦爆炸实验研究的基础理论(Ⅰ)

空腔解耦爆炸可使远区地震波幅度大大降低 ,国外已在现场和实验室内进行了大量的实验研究 ,但涉及空腔解耦爆炸实验数据分析方法及相关的基础理论知识基本上散布于各文献 ,我们在对国外有关文献调研的基础上 ,较为系统地介绍了空腔解耦爆炸的基础理论知识、实验数据的分析方法及解耦效应的简化分析模型。     

盐岩介质中空腔爆炸解耦因子的计算

对在美国内华达试验场盐岩介质中进行的Salmon 地下核爆试验( 填实爆炸,当量5.3kt,埋深828m) ,利用近区自由场加速度测试数据,计算了它的震源函数t() ,并且根据一维球对称爆炸膨胀源理论,计算了弹性响应空腔爆炸源的震源函数s()。由解耦理论,得到了盐岩介质的完全解耦空腔爆炸的解耦因子DF。     

地下空腔解耦爆炸的数值模拟

采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。     

岩体中非填实爆炸空腔壁振动状态分析

采用流体动力学模型研究了地下空腔中化学爆炸冲击波的传播过程及空腔壁的运动状态。计算中体现了空气冲击波与空腔壁作用后激发的强谱振幅高频冲击波。在实验中 ,解决了空腔内传感器的防护和抗干扰等技术难题 ,测到了空腔壁的地运动加速度波形。通过对所测波形的时频域分析得出了非填实爆炸在源区和近区激发高频应力波 ,其频率明显高于填实爆炸的频率。这些特征与数值计算相一致。最后简略讨论了数值计算与实验测量中需解决的问题。     

条形装药土中爆炸空腔发展过程的实验研究

本文通过X光摄影观察无限介质(土)中条形装药爆炸空腔发展的高速现象。得到了实验条件下的空腔发展规律,分析了空腔发展过程中一些重要现象。实验表明:空腔发展符合幂函数规律:空腔运动过程受装药的传爆特征、空腔长径比和裂缝出现时间的影响、空腔最终形状与起爆端位置无关。     

长方体单腔室空腔环境内爆炸效应的实验研究

为了获得在典型空腔内发生爆炸后,结构壁面上爆炸载荷的分布规律和空腔结构的破坏形式,以国防工事和人防工事的等级设计规范为依据,设计了长方体单腔室空腔模型,并对该模型进行了药量逐渐递增直至可使结构破坏的内爆炸实验。用压力传感器和加速度传感器分别记录了单腔室壁面上爆炸载荷的压力时程曲线和结构壁面振动的加速度时程曲线,分析了壁面上爆炸载荷的分布规律以及模型结构的破坏形式,并将首个峰值的实测数据与理论计算和数值模拟结果进行了对比,探讨了3种研究方法产生误差的原因。     

孔底空腔爆炸应力场分布的动光弹试验研究

在保护层开挖中,孔底空腔装药爆破的方法被证明对保护建基面是行之有效的。为了研究炮孔孔底空腔装药结构的爆炸作用机理,运用动光弹试验模拟介质受到爆炸载荷作用下的动态响应,分析了不同装药结构的孔底应力场分布情况及其作用规律;文中介绍了动光弹模型试验设计参数,通过对试验中条纹级数与比例距离曲线的对比分析,得出了合理的孔底空腔能有效地降低爆炸峰值压力和有利于保护建基面的结论。     

空腔流动的动量分解及能量输运特性

空腔结构广泛应用于航空航天飞行器部件及地面交通工具中,其复杂的流声特性是相关工程设计中必须考虑的关键问题.空腔流动中的流声相互作用是空腔自持振荡的重要过程,准确识别并解耦空腔内的流体动力学模态和声模态,是深入理解空腔流声相互作用和能量转化机制的关键.通过直接求解二维Navier-Stokes方程数值模拟来流马赫数Ma=...     

小比距离密闭空腔爆炸爆后气体温度和压力测量技术研究

为实现空腔爆炸温度、压力变化趋势的准确测量,基于铠装K型热电偶和压力变送器,建立密闭空腔爆后气体温度、压力测量系统。设计密封隔热防护装置,将传感器的敏感端与信号调理模块分别安装在两个密封腔内,有效提高了传感器在大当量爆炸冲击条件下的存活率。在0.86m/kg^1/3比距离密闭空腔大当量爆炸条件下,对传感器及防护装置的性能进行考核验证,爆后测量采集到了有效的气体温度及压力变化历程,且传感器状态能够最终恢复至正常状态。测试结果表明,使用密封隔热安装的K型热电偶和压力变送器可以满足小比距离密闭空腔爆后气体静态温度、压力测量需求。     

铝粉爆炸特性的实验研究

本文研究了扬尘湍流、铝粉浓度、颗粒度和气相中氧浓度等因素对铝粉爆炸特性的影响。研究结果表明,铝粉颗粒度对铝粉爆炸有十分明显的影响。颗粒度越小,其它因素对铝粉爆炸的影响也越明显。在粉尘爆炸中,较强的扬尘湍流能够使更多粉尘悬浮,有利于粉尘的燃烧并且加快了其燃烧速率。     

On the interaction and coalescence of spherical blast waves

The scaling and similarity laws concerning the propagation of isolated spherical blast waves are briefly reviewed. Both point source explosions and high pressure gas explosions are considered. Test data on blast overpressure from the interaction and coalescence of spherical blast waves emanating from explosives in the form of shaped charges of different strength placed in the vicinity of a solid propellant stack are presented. These data are discussed with regard to the scaling laws concerning the decay of blast overpressure. The results point out the possibility of detecting source explosions from far-field pressure measurements.      

Application of background oriented schlieren for quantitative measurements of shock waves from explosions

This paper describes application of a background oriented schlieren technique in order to obtain quantitative measurements of shock waves from explosions by processing high speed digital video recordings. The technique is illustrated by an analysis of two explosions, a high explosive test and a hydrogen gas explosion test. The visualization of the shock front is utilized to calculate the shock Mach number, leading to a predicted shock front pressure. For high explosives the method agreed quite well with a standard curve for side-on shock pressures. In the case of the gas explosion test we can also show that the shock front is non-spherical. It should be possible to develop this technique to investigate external blast waves and external explosions from vented gas explosions in more details. This paper is based on work that was presented at the 21th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems, Poitiers, France, July 23–27, 2007.     

Reinitiation process of detonation wave behind a slit-plate

The propagation phenomenon of a detonation wave is particularly interesting, because the detonation wave is composed of a 3D shock wave system accompanied by a reaction front. Thus, the passage of a detonation wave draws cellular patterns on a soot-covered plate. The pressure and temperature behind the detonation wave are extremely high and may cause serious damages around the wave. Therefore, it is of great significance from a safety-engineering point of view to decay the detonation wave with a short distance from the origin. In the present study, experiments using high-speed schlieren photography are conducted in order to investigate the behaviors of the detonation wave diffracting from two slits. The detonation wave produced in a stoichiometric mixture of hydrogen and oxygen is propagated through the slits, and the behaviors behind the slit-plate are investigated experimentally. When a detonation wave diffracts from the slits, a shock wave is decoupled with a reaction front. Since the two shock waves propagate from the slits interact with each other at the center behind the plate, the detonation wave is reinitiated by generating a hot-spot sufficient to cause local explosions. Furthermore, it is clarified that the shock wave reflected from a tube-wall is also capable of reinitiating the detonation wave. The reinitiation distance of the detonation wave from the slit-plate is correlated using a number of cells emerged from each slit.      

大当量浅埋地下爆炸抛掷成坑效应的缩比模拟实验装置

针对当前地下爆炸物理模型实验无法模拟大当量地下爆炸抛掷弹坑和疏松鼓包现象的难题,基于相似理论,采用地下爆炸效应真空室模型实验方法,研制了考虑重力影响的大当量地下爆炸效应模拟实验装置。整套装置由容器罐体、快开门密闭机构、爆源系统、真空泵组、量测控制系统等组成,提出的新型爆源模拟装置可以实现精确起爆控制。该装置可模拟0.1~100 kt TNT、埋深20~400 m范围内不同比尺的地下核爆炸成坑和隆起实验,同时也能够模拟不同装药配置方案、不同地质条件下的大当量地下浅埋化爆抛掷实验。典型的核爆抛掷成坑模型实验结果表明,装置实验参数精确可调,实验过程可控,实验结果可信,为钻地核武器地下爆炸毁伤效应分析和大型工程爆破效果预测预报提供了实验室模拟和科学研究设备,填补了爆炸离心机无法模拟大当量地下爆炸抛掷成坑效应的空白。     

触、近水面爆炸自由场冲击波特性的试验研究

本文通过药量为0.05kg至32kgTNT的触、近水面化爆试验,介绍了空中、水中冲击波的测量方法和传播特性,并总结出一些计算冲击波参数的实用的经验公式。     

不同介质地下爆炸的地震耦合效应

对黄土、砂砾石和花岗岩等几种不同介质中的地下爆炸实验进行了地表速度测量,利用实测数据 获得爆炸源频谱以及以折合速度势低频稳态值表示的地震耦合强度。实验结果表明,对于相同当量、相当比 例埋深下的地下爆炸,地震耦合强度和源区介质特性有着强烈的依赖关系,其中介质强度是影响地震耦合效 率的最主要因素,而介质的干孔隙率和水饱和度也是影响地震耦合效率的重要因素。考察了M.D.Denny等 提出的经验公式在估算100kg级当量地下爆炸地震耦合强度的适用性和局限性。     

二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源的研制

针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数:高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求，且具有较高的安全性、可控性和可操作性，为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。     

泄爆过程中外部爆炸现象的实验研究

采用压力测量与YA-16 高速阴影系统同步测量方法,对柱型容器内甲烷-空气混合气体的燃烧及泄爆过程进行实验 研究. 获得正常泄爆和发生外部爆炸(也称二次爆炸)时泄爆外流场压力-时间曲线和流场 阴影照片. 结果表明：泄爆过程中发生外部爆炸的典型特征为, 在压力-时间曲线上,破膜激 波形成的第一个压力峰值后出现外部爆炸形成的第二个压力峰值,在流场阴影照片上,破膜 激波后有第二道爆炸波出现.