锅炉爆炸原因分析与事故后果模拟

为了探讨工业锅炉爆炸原因及事故后果,简要叙述了锅炉物理爆炸机理,并从设计制造、使用管理、安装检修三个方面分析了导致锅炉爆炸事故的原因。对锅炉爆炸的能量进行了分析计算,介绍了爆炸冲击波的破坏、伤害作用及锅炉爆炸超压的计算方法。重点描述了采用TNT当量法模拟锅炉爆炸事故后果的原理、计算方法和程序,最后进行了实例模拟。     

爆炸冲击波数值模拟及超压计算公式的修正

应用LS-DYNA有限元程序建立2,4,6-三硝基甲苯(TNT)炸药爆炸的数值模型并进行空爆数值计算,结合常用的经验公式,验证计算模型及参数取值的可信性.基于以上研究,提出冲击波超压修正计算方法,以各经验公式加权平均值作为参考,对数值模拟结果进行修正.结果表明:早期常用的经验公式与数值模拟计算结果分别处于爆炸冲击波超压的中下位值及下限值,均存在低估爆炸冲击波的危险.通过修正计算方法修正后的冲击波超压,可以作为爆炸冲击波超压的中位值.     

基于管道爆炸数值模拟的架空天然气管道并行间距研究

从天然气管道失效泄漏引发爆炸现象出发,通过理论分析建立架空管道泄露模型,应用Matlab计算出管道泄露总量中参与爆炸的体积,通过TNT当量法将体积值转化为管道爆炸模型的初始当量。利用Autodyn软件建立管道爆炸物理模型,计算不同并行间距下管道受并行管线爆炸冲击超压及变形量。依据管道椭圆应变准则评定不同并行间距下管道受冲击变形风险。结果表明:架空管线受并行天然气管线爆炸冲击产生的变形破坏为超压破坏和冲量破坏两种形式。架空管道大变形位置为正对爆炸源最近点和背对爆炸源最远点。架空天然气管道安全并行间距:一级和二级风险距离分别为0~2和2~5 m,三级风险距离为5 m以上。将数值模拟结果与理论计算结果对比,验证了该数值计算方法的可行性。     

无约束云雾产生爆炸场的数值模拟

无约束云雾爆炸具有两个特点：（１）有限的能量释放速率；（２）与爆源的能量密度Ｑ＿ｆ有关。该文在欧拉坐标系下，以能量波模型，选用了近年计算冲击波较好的ＴＶＤ格式，对无约束云雾爆炸场进行了数值模拟，计算过程中，对Ｌｕｃｋｒｉｔｚ的能量波模型进行了改进。该文选用的能量波模型具有简单、物理含义清楚且能反映无约束云雾爆炸的特点。     

炸药近地爆炸的数值模拟及影响参数的分析

应用ANSYS/LS-DYNA有限元程序建模,在验证模型及参数选取正确可靠的基础上,研究了地面材料、炸药高度、空气域形状以及炸药当量等参数对马赫波超压的影响.结果表明:对于非近距离的爆炸,不同地面上的马赫波超压峰值相差不大,可简化为刚性地面;建模宜选择刚性壳体地面以及长方体空气域;与经验公式相比,数值模拟的马赫波超压峰值误差随着炸药当量的增大而减小,随着炸药高度的减小而增大.     

爆炸焊接生成波状界面的数值模拟

波状界面是爆炸焊接的一个重要特征，利用弹塑性材料的二维有限差分方法模拟爆炸焊接中的波状界面结合过程。研究表明波状界面和涡街是由界面处的剪力流速度分布和周期性扰动所造成的。对波状界面的涡流参数值进行了定量分析，得出波状界面的波高和波长比与涡流状区域中心的纵间距和横间距比分别接近于常数0．3和0．22的结论。数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

基于FLACS的隧道汽油爆炸数值模拟

应用Gexcon Flacs软件建立隧道爆炸模型,对3 m3汽油在某隧道内爆炸进行数值模拟,分析爆炸过程中温度、O2、燃料浓度以及压力场的分布情况.结果显示:t=0.188 s时,沿隧道长度方向y=7.4 m截面内隧道两侧为最危险区域,起始爆炸点及其周围一定区域最高温度可达1 093℃; t=0.809 s时,地面到其上方1.5 m区域为危险区域.     

液体燃料爆炸抛撒和FAE形成过程的数值模拟

将液体燃料爆炸抛撒和ＦＡＦ云雾形成全过程分２个阶段处理,在抛撒初期,利用运动边界处理方法,建立一维单相流动模型来描述爆轰产物气体和燃料液体的运动。在其后过程,采用两相模型描述燃料液体与周围大气相互作用过程。数值模拟得出的云雾处形变化与实验结果符合得较好。数值模拟还给出了云雾区的物理参数变化规律。     

密闭腔室内爆炸效应的数值模拟

为研究密闭腔室内爆炸效应的特性,采用有限元计算方法,对某密闭腔室内中心装药爆炸后流场的产生、传播和壳体动态响应全过程进行了数值研究. 从物理建模、网格划分、求解文件建立和计算结果分析等几个方面进行了较为详细的论述. 计算结果给出了密闭腔室内自由场几个观察点的压力时程曲线、腔室壁面上几个观察点的爆炸载荷压力曲线. 研究结果可以为公共场所等大型建筑物内爆炸效应研究以及结构强度设计提供理论依据.     

铵梯炸药作功能力的铅壔试验与数值模拟研究

采用数值模拟与铅壔试验相结合的方法,对铵梯炸药(55%/45%)的作功能力进行了研究。其中铵梯炸药(55%/45%)的JWL状态方程参数通过简易计算得到。模拟和试验的结果表明:试验测得铵梯炸药(55%/45%)的作功能力大小为377 m L,模拟结果为348.3 m L,且模拟结果显示铅壔内孔扩孔形状和大小与试验结果较为一致。可见,利用ANSYS/AUTODYN模拟的铅壔扩孔过程与试验结果吻合程度较高。从数值模拟的过程中可以看出,数值模拟软件ANSYS/AUTODYN给出了很多试验和理论计算无法观察到的现象和无法计算得到的数据,为深入研究炸药在铅壔中爆炸的过程和机理提供了平台。     

爆炸载荷下药型罩形成多破片的数值模拟

提出一种在爆炸载荷下形成多破片的新型刻槽药型罩结构。针对新结构建立有限元计算模型，应用非线性有限元软件Ansys-Lsdyna对爆炸载荷下刻槽药型罩形成多个破片的过程进行数值模拟。根据计算模型尺寸，加工试验装置进行试验验证。验证试验与数值模拟结果一致，破片分布只不过聚焦形状。所设计的刻槽药型罩能够实现预期的设想，形成具有一定数量和质量且具有聚焦性能的破片群。     

火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

损伤炸药的冲击起爆数值模拟

通过对炸药化学反应速率方程的分析,建立了基于KIM弹粘塑性球壳塌缩热点模型原理的三项式整体化学反应速率方程模型. 运用遗传算法确定了反应速率方程相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果对比验证所建模型的合理性. 将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX炸药起爆过程进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以描述分析受冲击加载造成孔隙率、颗粒尺寸等变化的损伤炸药的冲击起爆过程.     

炸药摩擦点火评价实验数值模拟

为研究炸药块摩擦点火机理,采用LS-DYNA软件和ALE算法,并嵌入含热分解放热反应的热弹塑性材料模型,对PBX-C03和PBX-C04炸药摩擦点火评价实验进行数值模拟,得到了不同压力、滑动速度和摩擦系数下PBX-C03炸药点火的临界曲线.研究结果表明,含有热分解放热反应的热弹塑性材料模型可作为炸药摩擦点火反应的计算模型,加载压力接近或大于炸药屈服应力时,提高滑动速度和摩擦系数都易使炸药发生点火反应.     

爆炸衬砌过程中流态砂浆内应力变化规律的数值模拟

应用DYNA-2D有限元程序,对爆炸衬砌过程中流态砂浆内的应力变化进行了数值模拟研究。研究表明,流态砂浆进入应力振荡阶段后,应力振荡的特征是砂浆内各单元不仅沿径向呈层状振荡,而且还沿切向呈团状振荡。在应力振荡初期,以沿径向层状振荡为主;在炸药爆炸并达到最大压力的同时,砂浆内部各单元受到最大压应力的冲击作用。     

基于流固耦合算法的多孔铜爆炸压实数值模拟

本文利用LS-DYNA有限元程序及流固耦合算法,对多孔铜的爆炸压实过程进行数值模拟研究。建立了多孔铜爆炸压实的三维四分之一模型,模型只由空气、炸药和多孔铜三部分组成。炸药、空气与多孔铜的相互作用通过流固耦合算法来实现。根据得到的压力云图,对球面爆轰波和滑移爆轰的传播,多孔铜侧壁压力变化等问题进行了分析。结果表明,爆炸压实过程中多孔铜侧壁压力随滑移爆轰的向下传播而逐渐增加,当夹角增加到90度后,角度及压力不再变化,形成稳定的滑移爆轰,多孔铜侧壁压力达到最大值,约为炸药爆压的85%。     

弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟

采用动力学计算程序AUTODYN对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟,重点分析了弹体内部炸药所受压力的变化规律及装药与壳体之间的相互作用。数值模拟结果表明：弹体在侵彻过程中,装药前端主要受压缩作用,导致弹体前端的炸药产生明显的塑性应变;弹体尾部装药受到拉伸和压缩作用,并且装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞,装药遭受明显的冲击作用。根据计算结果,侵彻型弹药设计应重点防护装药前端和尾部。