不同曲率弯曲巷道弯角近区爆炸冲击波传播特性研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道弯角近区的传播规律,采用有限元方法建立爆炸模型,分析爆炸冲击波传播特性及其变化过程。研究结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,巷道内爆炸冲击波是巷道壁面反射叠加增强作用与传播距离衰减效应综合作用的结果,在爆源近区反射叠加作用占主导地位,使峰值压力出现极值;随着传播距离的增加,冲击波衰减占主导地位,峰值超压随距离呈现为线性衰减。     

独头隧道爆破冲击波传播特征与爆源因素影响分析

为评估在隧道爆破冲击波作用下人员安全和建筑物毁伤问题,需要明晰施工隧道与交通隧道内爆破空气冲击波传播特征的区别。利用ANSYS/LS-DYNA软件对比分析独头与双向开口隧道内冲击波传播过程的差异性,研究爆源等效炸药当量、炸药多孔起爆及爆源位置等因素对爆破冲击波传播影响机制。结果表明：独头隧道内爆破冲击波传播经历三维球面波逐渐转换至一维平面波的3阶段变化模式,且独头隧道端部边界约束初始球面波几何扩散,经壁面反射叠加的超压增幅达20%;爆源炸药当量影响着波阵面变化,3阶段变化模式的波阵面转换位置与炸药当量呈幂函数负相关关系,随炸药当量提高而在更接近爆源位置转换;多炮孔起爆工况近场超压更大,而进入远场一维平面波传播区域,多炮孔起爆和爆源位置对冲击波超压分布特征影响有限;与单个爆源中心起爆工况相比,超压相对误差小于5%。     

不同曲率弯曲巷道爆炸冲击波传播特性数值模拟研究

为研究爆炸冲击波在不同曲率弯曲巷道内的传播规律,采用数值模拟手段建立了不同曲率弯曲巷道爆炸模型,分析了爆炸冲击波在巷道内的传播特性及其变化规律, 并结合冲击波超压对人体的伤害程度分类,研究了不同曲率弯曲巷道内爆炸破坏效应分区。模拟结果表明,弯曲角度改变了巷道内冲击波超压分布,随着巷道弯曲角度的不断增大,壁面反射对冲击波超压峰值分布起主要作用,随着传播距离的增加,冲击波超压峰值衰减显著,体现了超压峰值变化的距离效应。此外,巷道弯曲角度的增加整体减小了爆炸损伤严重程度。研究结果可实现对不同曲率弯曲巷道内冲击波超压分布的预测,并为巷道内爆炸事故预防及应急救援提供借鉴。     

挡板缓冲下煤与瓦斯突出冲击波传播减能机制研究*

为揭示煤与瓦斯突出冲击波在挡板缓冲条件下能量耗散规律,利用流体动力学理论建立突出冲击波在挡板缓冲下的传播特征分析的数学模型,分析突出冲击波沿巷道衰减的影响因素,基于不同的突出压力条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验和数值模拟结果,研究沿着直巷道突出冲击波在挡板缓冲下能量的削弱机制和传播规律。研究结果表明:矿井突出冲击波能量的衰减程度主要与突出压力、输运煤粉做功和巷道横截面积有关,突出压力与冲击波传播超压成正相关关系,巷道横截面积是人为削弱冲击波能量最有效的途径;根据不同的突出压力,突出冲击波超压沿巷道主要表现为急剧增大,然后压力逐渐降低;挡板缓冲下反射冲击波与突出入射冲击波叠加的二次加速作用,导致挡板装置断面前后空间局部能量变大,但总体能量是减弱的,降低了突出冲击波的传播距离;通过理论分析、物理试验和数值模拟所得结果基本一致。     

泄爆导管长度对除尘器泄爆影响的模拟分析

使用FLACS软件DESC模块,对连接不同长度泄爆导管的除尘器泄爆模型进行了模拟,研究泄爆过程中除尘器内部以及泄爆方向上的超压与高温变化规律。研究结果表明,泄爆导管内部要比除尘器内部先达到最大爆炸压力,但压力值却要小于除尘器内的超压;在泄爆方向上,距泄爆口越远,导管内的爆炸压力也越小,且在泄爆导管末端压力下降的趋势明显加快;随着导管长度从1 m增加到6 m,除尘器与泄爆导管内部的最大爆炸压力也逐渐增大,在泄爆导管长6 m时,除尘器内部达到了81.8 kPa的最大爆炸压力;而对于不同长度的导管泄爆模型,泄爆导管内部都达到了2 000 K左右的高温,且导管越长,最大爆炸温度所能持续的时间也越长。     

爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性

为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程.研究结果表明: 爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播.在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面Mach反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减.     

汽车爆炸的超压分布规律实验研究

测试了不同药量和不同车型的爆炸超压值,对汽车爆炸的超压分布规律进行了实验研究.结果表明,小汽车内发生炸药爆炸时,车门侧压力明显大于车尾部方向的压力,车外的冲击波超压值要大于空气中炸药爆炸的结果,前者约为后者的1.0～2.2倍.即车体对冲击波约束作用要小于车内底盘的反射作用.计算得到了实验中冲击波超压对人员的杀伤半径和最小安全距离,对汽车爆炸案件具有一定指导作用.冲击波的反射不可忽视,货车下地面炸药爆炸表现出明显的冲击波反射作用,测得超压值大于空气中爆炸的超压值.     

障碍物对瓦斯爆炸冲击波影响研究

为研究障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播规律的影响,利用水平管道式气体——粉尘爆炸实验装置,测试并分析障碍物数量、尺寸和壁面粗糙程度对瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波传播规律的影响。结果表明:障碍物对瓦斯爆炸过程中冲击波传播规律具有重要影响。障碍物存在时,改变了爆炸冲击波的传播规律,提高了冲击波超压的最大峰值压力,且随着障碍物数量和尺寸的增加,这种激励作用越明显。随着壁面粗糙程度的增大,瓦斯爆炸冲击波超压明显增大。研究结果对井下巷道瓦斯爆炸冲击波的防治具有一定的指导意义。     

煤与瓦斯突出冲击波及瓦斯气流所致伤害研究

为揭示煤与瓦斯突出过程中冲击波及瓦斯气流传播特性,针对这种突出做功随瓦斯压力、煤的普氏系数和煤的放散初速度变化的特征,运用气体动力学理论,建立冲击波超压、冲击瓦斯流速度与传播距离以及煤层瓦斯压力等参数的关系,计算不同超压下瓦斯气流传播伤害的范围。理论计算与现场测试结果表明,突出冲击波属惰性弱冲击波;波阵面上的超压传播伤害距离与突出时瓦斯膨胀的强度、巷道断面及巷道壁面的摩擦力和局部阻力等因素有关;冲击产生的高压瓦斯气流是造成巷道内大量人员窒息伤亡的主要诱因;突出能量瞬间释放没有补给,冲击波及瓦斯气流会在巷道阻力等因素作用下迅速衰减。     

公共建筑结构内爆炸效应的数值模拟

大型公共建筑结构内的爆炸问题分为4个连续阶段,即炸药的爆轰、冲击波的传播、冲击波与结构壁面的反射、结构壁面在爆炸载荷作用下的动力响应。为研究大型公共建筑结构内爆炸的效应,以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论知识为基础,选取典型长方体空间为研究对象,采用有限元计算方法,对长方体密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行了数值模拟。结果表明:在爆炸冲击波距离结构壁面较远时,计算模型中的冲击波衰减规律与无限大气中的相似,可以采用空爆理论计算模型;而在结构壁面处,由于受到反射冲击波的影响,当反射波与入射波叠加后在某些观察点会出现压力急剧升高,甚至压力超过首个峰值的现象;在结构壁面的角域,由于冲击波衰减缓慢,超压作用时间较长,破坏效果也最大。     

模具中雷管爆炸的冲击波防护距离研究

为了研究模具中雷管爆炸产生的冲击波超压对雷管生产线传输皮带周围操作人员的伤害范围,测量了模具中单发到50发雷管同时爆炸后不同距离的空气冲击波超压峰值,并拟合了超压衰减曲线;根据空气冲击波超压与人员伤害程度的最小压力关系,得到了避免传输皮带周围操作人员出现"轻微"、"中等"、"严重"、"极严重"伤害时的安全防护距离。利用空气冲击波峰值超压公式定量分析了模具对其中雷管爆炸产生冲击波的吸收,表明模具具有良好的冲击波吸收作用。     

瓦斯爆炸冲击波在单向分叉管道内的传播规律试验研究

为研究瓦斯爆炸冲击波在单向分叉管道内的传播规律,建立瓦斯爆炸试验管道系统,进行瓦斯爆炸试验。根据试验结果,分析单向分岔管道分岔前的超压、分岔角度对管道内冲击波传播的影响。所得研究结论是:管道分叉角度不变时,冲击波超压越大,直线管道超压衰减系数和支线管道超压衰减系数越大。冲击波超压不变时,增大单向分叉管道角度,支线管道冲击波超压衰减系数变大,直线管道衰减冲击波超压系数变小,体现了支线和直线管道内冲击波的分流作用;支线管道的分叉角度越大,对直线管道的分流作用越小。     

安全气囊爆炸时儿童离位距离与颅脑损伤的关系

为探讨交通事故中安全气囊爆炸对儿童颅脑损伤的影响,基于已构建的经过有效性验证的6岁儿童头部有限元(FE)模型,采用FE方法模拟气囊爆炸对离位(OOP)状态儿童乘员头部的冲击过程,研究不同离位距离对交通事故中儿童颅脑响应及其损伤机制。结果表明,随着离位儿童头部与气囊距离的减小,气囊爆炸导致儿童颅脑响应参数(如颅内压、脑组织Vonmises应力和剪应变)明显增加,儿童颅脑损伤程度加重。当离位儿童头部与气囊距离为15和20 cm时,气囊爆炸对离位儿童头部的撞击力不仅导致严重的颅脑损伤,而且还会造成儿童面骨骨折;当距离为30 cm时,头部接触力和头部损伤指标(HIC)值均较小,颅内压力和脑组织Vonmises应力应变均未达到颅脑损伤的阈值。     

LPG球罐BLEVE过程中超压与热耦合效应模拟研究

为评估LPG球罐发生BLEVE过程中超压与热耦合效应对化工企业抗爆控制室和避难所选址的影响,采用TNO多能法数学模型计算冲击波超压,采用多源数学模型计算火球热辐射。编写MATLAB计算程序,并应用ANSYS模拟二者破坏效应的耦合作用。LPG球罐发生BLEVE过程中,爆炸冲击波的传播速度、持续时间和火球的传播速度、持续时间不同,爆炸冲击波主要在燃料高速抛散的初期形成,之后基本与火球脱离。分别模拟计算冲击波超压和火球热辐射对抗爆控制室和避难所的影响,结果表明：抗爆控制室选址只需考虑爆炸冲击波的影响;避难所选址需要考虑冲击波超压和火球热辐射作用双重影响。在研究基础上提出,LPG球罐附近人员逃生的避难所应设置在球罐防火堤外紧邻防火堤处的地下,应具有抗震、防渗、防火、防中毒窒息等功能。人员应在BLEVE发生前进入避难所才能逃生。     

瓦斯爆炸冲击波在角、并联巷道内传播规律对比研究

瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关.为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷道进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟.结果表明:受角联分支影响,分支后的巷道内冲击波衰减幅度大于并联网络中对应各点,且与角联分支距离越近,影响越大;角联分支对角联分叉前、后巷道内冲击波二次超压产生一定影响;与并联网络相比,角联网络中冲击波到达角联分叉后的超压峰值出现时间更晚;角联网络中角联分叉后各点冲击波超压峰值均低于并联网络中对应各点.     

密闭管道瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率的实验研究

针对矿井瓦斯爆炸破坏模式主要在压力破坏和冲量破坏的研究,实验分析瓦斯在密闭管道发生爆炸时瓦斯浓度对冲击波冲量及压力上升速率的影响,利用管道中距离点火源不同位置的压力传感器测试了不同浓度瓦斯的爆炸压力,对冲击波冲量及压力上升速率进行分析,为防爆抑爆提供依据。研究结果显示:在管道中距离点火源的不同位置上,当浓度为9.5%时,瓦斯爆炸冲击波冲量及压力上升速率最大;由于超压衰减和传播距离的增加,在距离点火源4m和8m时压力冲量较大;在瓦斯浓度较低的范围内瓦斯爆炸时,其压力上升速率增长较快,而随着浓度的增加在较宽的浓度范围内,能较稳定地维持在高位值。     

埋深对城市地下管道爆炸的影响规律

在特定情况下,城市地下空间废弃管道中会因为油气的泄露等因素形成爆炸环境,利用AUTODYN建立合适的数值模拟模型,围绕管道内部爆炸后对覆盖层的毁伤效应和对地表面空气超压影响展开研究,给埋地管道内部爆炸模拟提供了新的思路。运用建立的模型对不同埋深管道上方覆盖层在爆炸荷载作用下的破坏过程、毁伤规律以及空气中爆炸冲击波的衰减规律进行研究,为建立全面的城市地下管道风险评估指标体系和确定安全防护规范提供了参考。研究结果表明:对于不同埋深管道爆炸,管道上层覆土层的厚度对爆炸后管壁产生的压力影响不大;随着埋深的增加,在空气中形成的伤害破坏范围变小,空气超压衰减符合空气中爆炸后冲击波的衰减规律,埋深每增加0.1m,其空气超压减小4.5%~5.1%左右。     

基于风险的液化烃罐区建筑物抗爆荷载评估方法

为合理确定液化烃罐区周边建筑物的抗爆设防荷载,有效进行抗爆设计和防护,建立1套系统的抗爆设防荷载定量评估方法。以某液化烃罐区建筑物为例,计算172个爆炸场景,获得4组累积爆炸频率曲线,基于风险控制标准确定抗爆设防荷载。结果表明:爆炸场景发生频率应包括初始泄漏频率、气象概率、泄漏方向概率和延迟爆炸概率;获得的爆炸超压-累积频率曲线是确定抗爆设防荷载的基础,在爆炸超压较低时,与爆炸源中心距离不同的4面墙体的超压累积频率曲线极为接近;随着爆炸超压的继续增大,累积发生频率的差异逐渐明显;液化烃罐区建筑物的抗爆设防荷载应同时满足2个准则,即万年1次的风险可接受准则和风险可接受范围内爆炸超压最大化准则;根据该准则确定的液化烃罐区附近建筑物东墙的爆炸冲击波峰值入射超压为44.6 kPa,正压作用时间为89.3 ms。     

大尺度障碍物与泄爆面对天然气内爆炸的协同作用规律研究

为阐释民用建筑内部大尺度物品与门窗等泄爆面对天然气爆炸灾害的协同作用机制,基于典型厨房空间布局及内部物品特征,借助计算流体动力学技术研究了不同泄爆面开启压力和不同大尺度障碍物体积阻塞率条件下天然气内爆炸火焰速度、爆炸超压的分布规律。研究结果表明:大尺度障碍物与泄爆面对室内天然气爆炸过程具有显著的协同作用,共同促进火焰速度与爆炸超压的显著增长,并缩短峰值超压到达时间;大尺度障碍物的存在虽然显著降低了室内天然气的体积,但从增加房间内湍流源和相对长径比的角度进一步促进了泄爆效应;大尺度障碍物与泄爆面协同作用下,室内火焰速度呈现明显的阶段性特征,并在泄爆面附近发生波动。研究结论可为民用建筑物内气体爆炸事故调查分析和灾害评估提供科学依据。     

爆破对矿岩损伤规律试验研究

岩体在爆破载荷作用下的损伤程度和损伤范围是影响矿山工程安全的关键问题之一。采用超声波测试和岩石压缩试验方法,从爆破前后岩体平均波速和岩石平均抗压强度两个方面研究了白云岩岩体的爆破损伤。结果表明:装填药量为4.5 kg的乳化炸药爆破,岩体受爆破损伤的影响范围不大于8 m;且岩体平均波速和岩石抗压强度均随爆源距离增大而增大,即岩体损伤随爆源距离减小而增大;岩体平均波速和岩石抗压强度减小幅度均随爆源距离的减小而增大,即到爆源的距离越小,岩体损伤的增量越大。