竖井横通道爆炸冲击波传播规律试验研究

为了研究受限空间内爆炸冲击波传播规律,在青岛地铁8号线山东路南站1号竖井横通道进行裸露药包爆炸现场试验。利用NUBOX-9100瞬态信号测量仪及配备的传感器采集0.2、0.3、0.4 kg的2号岩石乳化炸药爆炸冲击波参数,分析实测冲击波信号的波形、超压峰值,并对冲击波信号进行短时傅里叶变换。结果表明：①横通道中裸露药包爆炸时,各观测点压力先迅速升高到最大值,随后震荡衰减;②由实测数据拟合出冲击波峰值压力修正公式,与现场实测数据误差不超过12.58%,能够比较准确的预测现场冲击波超压峰值;③短时傅里叶变换结果表明,横通道内冲击波信号主频为低频,能量随着频率的升高呈现出波动下降趋势。 通过竖井横通道炸药爆炸试验,分析实测冲击波数据特征,对于研究受限空间内爆炸冲击波的传播规律具有借鉴意义。     

浅水域爆炸冲击波传播特性

通过浅水域炸药裸露爆炸试验,实测得到水中爆炸波典型波形及峰值压力数据,分析了水中冲击波传播特性与衰减规律;对冲击波峰值压力进行线性回归分析,给出了浅水域爆炸冲击波衰减公式;在此基础上,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,进一步验证并总结了部分相关结论。部分结论成果已应用于福建漳州古雷航道二期疏浚项目。     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT,RS211,RBUL,GUHL,RS3-4等水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数. 对试验结果进行相似分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药的水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性. 结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较为缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量. 5 kg炸药水下爆炸时,在0～3 m处,总能量损失Δe_d呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;5 m之后为理想冲击波状态.      

反恐破门弹爆炸冲击波超压试验研究

为对非接触爆炸反恐破门弹冲击波伤害进行评估,完成了反恐破门弹爆炸冲击波在典型环境下的超压测试试验.模拟应用场景分别进行了3组测试,重点研究爆炸产生的空气冲击波对房间内外人员造成的影响及外部空间密闭性对冲击波超压的影响,并对超压分布和防盗门及外部空间环境等影响条件进行了分析.结果表明,空气冲击波传播受外部空间环境影响显著;冲击波能量大部分消耗于钢质门板变形,门后房间超压峰值降为门前的10%～20%.     

爆炸冲击波致颅脑冲击伤数值模拟研究

爆炸冲击波作用头部导致的颅脑冲击伤已成为战斗医学救治中的“标志性损伤”,而爆炸冲击波作用头部时与头部相互作用过程及致伤机理尚不明确. 为了找出爆炸冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律及颅脑动态响应特性,进行了爆炸冲击波作用头部数值模拟研究. 建立了具有典型人体头部结构的三维有限元模型,针对Nahum尸体头部撞击实验对头部有限元模型的有效性进行了验证;基于验证的头部有限元模型,对爆炸冲击波作用头部进行数值模拟,得出了冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律;对头部颅内压变化情况进行分析,得出了冲击波从正面作用头部后额叶、顶叶脑组织压力会出现高频的正负压周期性波动,且会出现较高的压力峰值,为易受损区域.      

水下爆炸能量耗散特性分析研究

基于特征线理论得到了水中冲击波的近似传播规律,提出了炸药水下爆炸冲击波传播过程中的熵变及能量耗散特性的近似评估方法.使用该评估方法,对TNT和RS211两种炸药水下爆炸近场冲击波传播过程中的能量耗散进行了计算.研究表明,水下爆炸近场的冲击波超压峰值迅速衰减,熵增与能量损失主要发生在水下爆炸近场的10倍装药半径范围内.对于TNT和RS211两种炸药,20倍装药半径处水中冲击波的能量耗散分别约为水下爆炸总能量的34%和32%,与水下爆炸试验结果基本一致.     

隔爆墙后爆炸冲击波绕射与超压分布规律

基于爆炸实验与数值模拟,对爆炸载荷作用下隔爆墙后的冲击波绕射和超压分布规律进行了研究.首先,开展了隔爆墙对爆炸冲击波隔离效应的实验,得到了有/无隔爆墙条件下相同爆距处的冲击波超压时程曲线.在此基础上,采用流体动力学软件AUTODYN对爆炸冲击波的绕射过程进行了数值仿真,通过与实验结果的对比验证了模型的有效性.结合数值模拟和量纲分析,得到了不同爆炸当量、爆距、墙高等参数下隔爆墙后不同区域的冲击波超压分布规律,并给出了隔爆墙后近地面超压峰值的工程计算公式,为隔爆墙的设计和安全评估提供了依据.      

瓦斯爆炸对巷道壁面损伤破坏的数值模拟研究

为了研究巷道内瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤破坏,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道瓦斯爆炸物理模型和数学模型,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特性进行数值模拟研究。结果表明:在巷道壁面边缘位置和中心位置超压测值较大,其壁面损伤相对更为严重;冲击波在巷道轴向壁面也会出现反射和叠加,导致整体超压峰值上下振荡波动;瓦斯爆炸后冲击波向开口方向传播,瓦斯区壁面受到的载荷最大,并逐渐向空气区加载扩散;随着爆炸冲击波能量衰减,而应力持续加载在壁面结构,压力集中对壁面结构施加静态破坏,最后超过其承受能力,导致巷道失稳破坏。研究结果可为优化巷道结构的设计提供理论参考。     

内爆炸下球面钢网壳结构的冲击波超压计算分析

采用通用有限元LS-DYNA程序,建立内爆炸下大跨球面钢网壳结构数值模拟计算模型,用于大跨空间结构的内爆炸数值模拟计算和分析.通过研究大跨球面钢网壳结构在内爆炸下的冲击波传播、反射和峰值出现规律,发现炸药在结构内爆炸下,球面钢网壳结构受到的爆炸冲击效应更为复杂,可能需要同时承受入射冲击波和反射波或复合波的冲击作用.最后,应用所建模型对爆炸冲击波超压的数值进行计算分析,得出内爆炸下不同跨度和矢跨比大跨球面网壳结构的冲击波超压计算公式.     

界面对浅层水中爆炸冲击波峰值压力影响的研究

在水中爆炸试验研究的基础上,分析了爆炸冲击波峰值压力随比例水深、炸高、测高变化的规律。研究结果表明,水深对爆炸场冲击波值压力影响较小,炸高影响较大。     

Response of the magnetic field and plasmas at the geosynchronous orbit to interplanetary shock

Interplanetary shock can greatly disturb the Earth＇s magnetosphere and ionosphere, causing the temporal and spatial changes of the magnetic field and plasmas at the geosynchronous orbit. In this paper, we use the magnetic field data of GOES satellites from 1997 to 2007 and the plasma data of MPA on the LANL satellites from 1997 to 2004 to study the properties of magnetic field and plasma （0.03-45 keV） at the geosynchronous orbit （6.6 RE） within 3 hours before and after the arrival of shock front at the geosynchronous orbit through both case study and superposed epoch analysis. It is found that following the arrival of shock front at the geosynchronous orbit, the magnetic field magnitude, as well as GSM Bzcomponent increases significantly on the dayside （8-16 LT）, while the By component has almost no change before and after shock impacts. In response to the interplanetary shock, the proton becomes much denser with a peak number density of 1.2 cm^-3, compared to the typical number density of 0.7 cm^-3. The proton temperature increases sharply, predominantly on the dusk and night side. The electron, density increases dramatically on the night side with a peak number density of 2.0 cm^-3. The inferred ionospheric O^＋ density after the interplanetary shock impact reaches the maximum value of 1.2 cm^-3 on the dusk side and exhibits the clear dawn-dusk asymmetry. The peak of the anisotropy of proton＇s temperature is located at the noon sector, and the anisotropy decreases towards the dawn and dusk side. The minimum of temperature anisotropy is on the night side. It is suggested that the electromagnetic ion cyclotron （EMIC） wave and whistler wave can be stimulated by the proton and electron temperature anisotropy respectively. The computed electromagnetic ion cyclotron wave （EMIC） intense on the day side （8--16 LT） with a frequency value of 0.8 Hz, and the wave intensity decreases towards the dawn and dusk side, the minimum value can be found on the night side. The computed electron whistler wave locates on the day side （8--16 LT） with a value of 2 kHz.     

基于量纲分析的冲击波测量加速度寄生效应研究

为了得到冲击波压力测量中的高加速度寄生输出规律,使用量纲分析理论建立了测压结构加速度响应与冲击波参数及结构尺寸的关系模型,通过Ls-dyna仿真并进一步线性拟合得到模型中的未知参数;最后在冲击波实际测量环境中对模型进行了验证试验。结果表明,加速度效应峰值与压力峰值与结构尺寸有关,结构半径与厚度越大,加速度峰值越小,冲击波压力越大,加速度峰值越大;加速度寄生效应周期只与结构尺寸有关;该模型可用于估算冲击波测点传感器加速度寄生输出峰值及周期,可用于评估测压结构的加速度寄生效应。     

防爆舱设计及抗爆炸冲击波超压试验研究

为了满足某驾驶操作舱对爆炸冲击波的防护,设计了防爆舱结构,选用了多种防护材料,数值计算了爆炸参数和结构强度,完成了防爆舱在距离爆炸点9 m处12 kg三硝基甲苯(trinitrotoluene, TNT)裸装药的爆炸试验,重点测试了防爆驾驶舱内外的声压、内部噪声及操作人员座椅处的3个方向的振动加速度曲线。结果表明:舱内脉冲噪声峰值最大为135.1 dB;压力峰值为882.5 Pa,持续时间约为1 472 ms;座椅处3个方向的振动加速度最大为15.41g,持续时间为0.23 s;均在相关标准安全限制内,满足对等效重量为12 kg TNT及以下爆炸物在9 m处的爆炸冲击波的有效防护,验证了该防爆舱的可靠和安全。     

考虑真实气体效应的激波速度计算

对具有良好压力平台的H2／CO2（驱动气体为氢气,被驱动气体为CO2）激波管中的激波速度进行了计算．其特点是初始激波速度采用考虑真实气体效应的理论计算,沿管运行时理论不能准确计算的部分采用由实验得出的一个激波衰减公式计算．计算与实验结果吻合,为使用和设计该类激波管提供参考．     

砖隔墙前爆炸泄漏空气冲击波工程算法

为了评估砖隔墙毁伤后冲击波的破坏效应,依据砖隔墙前爆炸造成砖隔墙破坏后泄漏的冲击波效应试验研究结果,结合量纲分析建立泄漏冲击波效应具体工程算法,包括泄漏冲击波超压峰值、与无砖隔墙相比的药量等效系数及有无砖隔墙的冲击波超压折减系数等工程算法。结果表明:砖隔墙的合理设置可以消耗炸药的大部分能量,体现了一定的抗爆防护作用。     

水下发射器膛口冲击波指向特性研究

水下冲击波参数是考核水下发射器性能的重要指标。该文建立了水下发射器冲击波测量系统,采用多传感器布阵及回归分析方法,分析了水下发射器在水下发射时的冲击波压力传播规律,建立了水下冲击波压力传播实验模型。最后根据该模型计算出等压曲线,测等压曲线上任一点冲击波压力峰值便可确定该曲线上其它点压力峰值大小,以此减少测量点数。验证了该实验模型的有效性,提出了降低冲击波对人体伤害的有效方法。     

固支圆板在动爆冲击波作用下的动力响应

为研究装药运行速度对爆炸冲击波毁伤威力的影响,利用Autodyn软件对动爆冲击波作用下装甲钢圆形靶板的变形进行了数值仿真,建立了动爆冲击波作用下圆形靶板中心挠度的理论计算模型,并将仿真结果与理论计算结果进行对比.研究结果表明:装药运行速度极大地提高了沿装药速度方向爆炸冲击波的超压峰值,加快了沿装药速度方向爆炸冲击波的传播速度;建立的理论计算模型能准确计算周围固定圆形靶板在动爆冲击波作用下的中心挠度值,具有普遍适应性.      

爆炸冲击波与防弹衣相互作用的数值模拟

为研究穿戴防弹衣情况下爆炸冲击波对人体的作用模式,建立了爆炸冲击波冲击防弹衣的2维和3维数值模型.借助Eulerian和Lagrangian的完全耦合方法,模拟构建爆炸冲击波与防弹衣相互作用所形成的冲击波流场.对冲击波流场的分布情况进行分析,包括冲击波在防弹衣表面的反射,在防弹衣边缘绕射以及在防弹衣与人体之间的传播情况.研究结果表明,在穿戴防弹衣情况下,爆炸冲击波与防弹衣发生相互作用,形成的复杂波系会加重对人体的伤害.