空旷环境下小药量集中药包爆炸冲击波衰减规律

为研究炸药爆炸冲击波在空旷环境下的传播规律,采用NUBOX9100冲击波信号分析仪分别对0.1、0.2和0.3 kg的小药量集中药包进行了现场试验。试验表明:小药量集中药包爆炸冲击波在空旷环境下传播速度随爆心距衰减较快,在爆心距12 m处的冲击波传播速度衰减速率为爆心距2 m处的60%。当爆心距在1～3 m时,冲击波超压峰值的衰减速率约为75.61 kPa/m;爆心距在3～8 m时衰减速率降低到10.12 kPa/m;爆心距大于8 m时,衰减速率趋于平缓,约为0.48 kPa/m。提出了冲击波超压峰值与比例距离之间的修正公式,修正公式尤其对比例距离大于10的情况进行了修正。在比例距离较大时,修正公式比以往的经验公式更适用。运用ANSYS/LS-Dyna软件对炸药在空旷环境下爆炸冲击波超压衰减进行了模拟,结果表明修正公式的误差较小。     

爆炸荷载作用下装配式钢筋混凝土板抗爆性能试验研究

随着装配式结构的提出与发展,装配式钢筋混凝土(PC)叠合板的应用也愈加广泛.为研究PC板的抗爆特性,开展了不同比例距离爆距作用下(1.0 m/kg1/3、0.8 m/kg1/3和0.6 m/kg1/3)PC板的现场爆炸试验,并与相同比例爆距下普通钢筋混凝土(RC)板的抗爆试验结果进行对比,从而比较分析两者的抗爆性能.具...     

饱和砂土中浅埋单药包爆炸效应研究

为探究饱和砂土场地中药包最佳埋设深度,基于室外大型爆炸试验场地,开展一系列饱和砂土中的浅埋单药包爆炸试验,分析超孔隙水压力变化规律及爆炸成坑效应。研究结果表明:实测孔隙水压力峰值和累积值均随爆距的增大而快速下降;药包埋深的增加有利于超孔隙水压力的累积及维持,相同比例距离处的超孔隙水压力比随着比例埋深的增加而有增大的趋势;超孔隙水压力比在比例距离半对数坐标中近似呈线性规律,其变化趋势与完全封闭爆炸时的基本一致,然而,较小的药包埋深使得部分爆炸能量直接通过自由面耗散,导致超孔隙水压力的上升比深埋爆炸时的明显减弱;相比湿砂环境,饱和砂土中爆坑周围的局部砂土有液化流动的趋势,使得爆坑的横向扩展更为剧烈,因此,在相同药量及埋深条件下,饱和砂土中的爆坑直径比湿砂中的更大。     

遮弹层厚度对砂土中地冲击荷载的影响

土中自由场地冲击荷载是地下防护结构设计的基础。分别建立炸药在砂土和遮弹层中爆炸的精细化数值模型，对比分析所得地冲击荷载的计算结果与相关试验数据。在遮弹层爆炸模型中，改变遮弹层厚度，研究遮弹层比例厚度对地冲击荷载衰减及分布规律的影响。结果表明，两个模型的数值计算与试验数值吻合较好，验证了数值计算方法的可靠性。遮弹层比例厚度不改变爆心正下方地冲击应力峰值衰减系数，但对应力峰值大小有影响；遮弹层比例厚度越大，爆心正下方土中相同比例深度处的应力峰值越大。地冲击荷载水平分布也受遮弹层的影响，遮弹层比例厚度越大，距遮弹层底面比例距离大于0.15 m/kg1/3的平面上归一化竖向应力水平分布曲线越陡，进而得出考虑遮弹层厚度影响的地冲击荷载计算公式。     

近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式，利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型，通过与已有文献的试验结果进行对比，验证了有限元模型的有效性，并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明：近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种；对于圆柱试件，以爆炸距离0.2 m为例，当比例距离Z≥0.200 m/kg^1/3时，发生无剥落破坏；当0.117 m/kg^1/3≤Z<0.200 m/kg^1/3时，发生剥落破坏；当Z<0.117 m/kg^1/3时，发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下，轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关，当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度有所减轻；但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

爆炸冲击作用下钢筋混凝土板的动态响应研究

为研究爆炸载荷下钢筋混凝土板的动态响应,基于量纲分析得到了球形装药质量、爆心距和钢筋混凝土靶板挠度之间的无量纲关系.利用有限元软件AUTODYN建立空气-炸药-钢筋混凝土板的三维数值模型,考虑炸药、空气和靶板之间的流固耦合相互作用,模拟结果和实验结果基本吻合.改变固支条件为四边固支,控制单一变量,分别得到装药质量和爆心距对靶板挠度的影响规律.结果表明,保持爆心距一定,当比例距离大于0.6 m/kg^1/3的情况下,即不考虑近场爆炸和接触爆炸,钢筋混凝土板中心挠度随装药质量增加近似呈线性递增趋势;而当改变爆心距时,挠度随爆心距的增加近似呈指数递减趋势.     

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为.研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为.结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应.在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击渡可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦舍破坏以及材料破坏行为.     

爆炸水雾降尘机理探讨

研究了爆炸水雾降尘的机理.利用高速摄相机记录爆炸形成水雾、模拟爆破扬尘以及水雾捕尘的全过程,通过对图像进行分析处理,来研究爆炸水雾、粉尘和水雾捕尘的特性以及影响因素.试验分析得出药量对爆炸水雾抛撒影响较大,当药量和水量比值为0.24 kg/m3时,抛雾效果最好;爆炸水雾位于粉尘源正侧方、近距离、同时起爆捕尘效果最好,捕尘率可达到80%以上.     

两种典型形状装药的近场爆炸载荷研究

为了研究装药形状对近场爆炸载荷的影响,采用数值方法分析比较了球形和圆柱形(长径比为1)2种典型形状装药中心起爆情况下的近场爆炸载荷。结果表明:球形装药产生的爆炸载荷分布均匀,爆炸波以球面形式向各个方向传播;圆柱形装药产生的爆炸载荷存在着明显的方向性,爆炸波呈空间十字形分布,爆炸波沿装药轴向的传播速度和超压峰值大于径向;比例距离小于1.1 m/kg1/3时圆柱形装药轴向和径向爆炸载荷大于球形装药;离爆心比例距离小于2.5 m/kg1/3的区域可以视为爆炸近场,装药形状对该区域内的爆炸载荷有显著影响。     

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。     

油层出砂引起采油套管损坏的力学分析

基于普氏自然平衡拱理论，并考虑套管与地层的相互作用，对空洞的形态进行了分析，得出出砂空洞的顶部压力拱形状为抛物线，给出了油层出砂形成空洞后淘空段套管所受轴向力的计算公式。将套管损坏近似看成两端固定压杆的失稳弯曲，建立了套管失稳破坏与出砂量之间的关系，并分析了不同的钢级和壁厚对套管发生失稳破坏时出砂量的影响，指出对于出砂严重的油田，其油层段应尽量使用高强度、大壁厚的套管。该研究不但有助于严重出砂油田的套管设计，而且在实际生产中还可以通过监测出砂量来判断套管是否已发生损坏，从而保证采取及时、有效的防砂方法，达到防止套管损坏的目的。     

体积压裂套管剪切变形载荷分析及强度设计

页岩气开发过程中井筒穿越天然裂缝/断层,体积压裂时天然裂缝/断层容易被激活,导致套管剪切变形,套管内径缩小,井下工具无法下入。目前对套管剪切变形条件下的受力分析较少,现有研究主要采用套管Mises应力屈服准则判断套管失效,该准则对于套管大剪切变形问题已不适用。为探究天然裂缝/断层滑移导致的套管剪切变形问题,建立套管-水泥环-地层组合体有限元模型,对位移载荷作用下的套管力学行为进行研究。分析了各因素对套管受力及缩径量的影响,并提出套管缩径量与应力相结合的套管外载设计方法。研究结果表明:套管剪应力及Mises应力随地层滑移量增大而增大,在10 mm滑移量作用下,套管Mises应力已超过屈服强度,建议采用剪切载荷进行强度校核;套管缩径量主要集中在距离滑移面1 m范围内,套管局部区域出现膨胀现象;考虑套管变形量的载荷设计可以有效防止体积压裂过程中套管变形导致压裂工具无法下入的问题。     

预制高强混凝土薄壁钢管桩抗弯试验与数值模拟

预制高强混凝土薄壁钢管桩(TSC桩)是通过在钢管内部离心浇注混凝土而制成的管桩,其在受力和施工方面有诸多优点.为了研究该类管桩的极限抗弯承载力及其破坏机理,对3根直径800mm、长10m的TSC桩进行了抗弯试验,并对加载过程中的变形和破坏情况进行了监测.试验结果表明,TSC桩的抗弯能力较高,且在弯矩作用下有着很好的延性.同时利用有限元分析软件,考虑了材料的非线性以及钢管对混凝土的约束强化作用,对抗弯试验进行了全过程数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了通过有限元分析来计算TSC桩抗弯承载力的方法是可靠的.     

局部锚固失效下桩锚支护体系深基坑力学响应分析

以某砂土层桩锚支护结构深基坑为工程背景,基于有限元程序Plaxis建立数值计算模型,对单排锚索失效、双排锚索失效两种局部锚固失效工况分别进行模拟,研究了预应力锚固失效引起的支护结构力学响应规律,揭示了锚固失效后的锚索荷载传递规律.研究表明:相对于单排锚索失效情况,双排锚索失效对基坑支护结构变形及内力的影响较大;在群锚失效最不利工况下,桩体最大弯矩和位移分别为正常工况时的1.66倍和1.74倍;桩体弯矩增大倍数是决定桩体是否发生破坏的重要指标.     

矿井浪涌脉冲辐射电磁场研究

研究煤矿井下浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场,运用推迟矢量位和行波天线理论推导了浪涌脉冲电流激励下电缆的辐射电磁场时域数学模型,给出了辐射场强的解析表达式,并进行了仿真计算.时域结果表明,浪涌脉冲电流在电缆附近会产生很高的瞬态辐射场强,但随着距离电缆的径向距离的增加,辐射场强迅速衰减;辐射场强的大小与浪涌电流峰值成正比;在巷道径向距离内,同一横截面辐射场强与距离成反比;在浪涌电流峰值为1kA时,距离电缆径向距离4m处瞬态辐射电场强度峰值达到15kV/m,磁场强度峰值达到40A/m.因此在不采取屏蔽措施的情况下,瞬态浪涌辐射会对井下巷道内监控及通信系统的正常工作造成影响.     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明,最大热应力都发生在套管内壁,且超过了N80套管的热弹性屈服极限;最大热膨胀都发生在温度变化过渡区,当套管周围掏空时,其热应变达到了2%,远远超过材料弹性极限应变值(0 3%),这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

不同填土高度下钢波纹管变形与力学性状的数值分析

利用FLAC3D对填土高度1~10 m下的钢波纹管涵进行模拟,研究不同填土高度下钢波纹管的变形和力学性状.研究结果表明:钢波纹管顶部节点竖向位移最大值在路堤中心断面处,且当填土高度大于6 m时,竖向位移沿轴向逐渐减小趋势较为明显;填土高度小于6 m时,钢波纹管水平位移沿轴向变化较小;填土高度大于6 m时,水平位移变化较为复杂,出现两个拐点;同一填土高度下,钢波纹管路堤中心断面上半部分和下半部分60°~90°范围内弯曲应力较大,水平向弯曲应力最小,且上半部分与下半部分受力状态基本一致;路肩断面上半部分弯曲应力值基本不变,下半部分从0°~-90°范围内弯曲应力逐渐增大,且-60°~-90°范围内弯曲应力值较大,最大值出现在管底处;钢波纹管管顶轴向弯曲应力最小值出现在路肩断面处,最大值出现在路肩至管口范围内;当填土高度大于4 m时,水平节点轴向弯曲应力最大值出现在路肩至管口范围内;管底轴向弯曲应力最大值出现在路肩断面处.     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.