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。     

爆炸冲击波防护效应的评价方法研究

以被防护对象在爆炸冲击波作用下的最低毁伤状态作为考虑防护设施在爆炸冲击波作用下防护能力的基础,基于等效靶板的试验方法及试验数据,建立了以冲击波超压-冲量为防护判据的爆炸冲击波防护效应的评价方法。利用该评价方法进行了某云爆装置的爆炸试验,对其威力进行了评价。结果表明了爆炸冲击波防护效应评价方法的可行性与实用性。     

刚/柔性障碍物对甲烷/空气预混气体泄爆动力学的影响

为探究刚/柔性障碍物对甲烷/空气泄爆行为的影响，采用自主搭建的连接容器(20 L球形容器连接4 m长爆炸管道和0.5 m长泄压管道)试验系统，研究不同阻塞比与厚度的刚性/柔性障碍物对甲烷/空气爆炸超压及泄爆火焰的影响。结果表明，在球形容器内，随阻塞比和厚度增加，峰值超压与最大升压速率相应增大，在阻塞率为80%和厚度为0.40 mm时峰值超压分别达到了190.4 kPa和273.5 kPa,最大升压速率分别为4.32 MPa/s和7.32 MPa/s。在管道末端，随柔性障碍物厚度增加，爆炸超压与升压速率同样大幅度提升。而随刚性障碍物阻塞比增加，峰值超压和最大升压速率先上升后下降。在设置刚性和柔性障碍物后，泄爆管道内均出现二次爆炸的现象，不同的是，二次爆炸的剧烈程度随柔性障碍物厚度增加而上升，而随刚性障碍物阻塞比增加呈现先增加后降低的趋势。     

防爆膜对中空玻璃防护效果的试验研究

为定量分析爆炸冲击波载荷下防爆膜对中空玻璃的防护效果,对贴膜和未贴膜的中空玻璃进行爆炸对比试验。通过调整爆距和药量获得不同爆炸载荷下玻璃的破碎状态,并根据压力传感器测量的爆炸冲击波超压值,得到贴膜与未贴膜中空玻璃破碎的临界超压值。结果表明:中空玻璃粘贴防爆膜能有效降低贴膜一侧玻璃碎片所造成的伤害,并能显著提高中空玻璃破碎的临界超压值;背爆面贴膜的中空玻璃防爆性能大于迎爆面贴膜的防爆性能;在玻璃上直接粘贴防爆膜不能完全发挥防爆膜的防护效果。     

壳体厚度对传爆药慢速烤燃响应的研究

针对传爆药在制造、存贮、运输及实战环境中可能会遭受意外的热刺激,本文通过壳体厚度对传爆药慢速烤燃响应特性的影响的实验研究,来检测弹药对意外刺激的敏感程度和发生反应时的剧烈程度,并对实验结果进行了分析。实验以钝化RDX为主装药,以45#钢为壳体,利用自行设计的慢速烤燃试验系统对其进行试验。结果表明：在相同装药条件下,随着壳体厚度的增加,单位时间内传热量减少,体系升温速率减慢,炸药的烤燃时间随之增加,热爆炸延滞期增长;同时,随着壳体厚度的增加传爆药发生慢速烤燃反应的温度升高,热敏感程度降低,热安定性也随之提高。另外,在相同装药条件下,壳体厚度对慢速烤燃响应的剧烈性也有很大得影响。烤燃反应的剧烈程度随着壳体厚度的增大而减小。     

变压器油蒸气爆炸与泄爆过程数值模拟

变压器油是一种易燃易爆物质,在高压电弧激励下会产生蒸气进而导致变压器爆炸的重大事故发生。基于计算流体力学方法,对变压器油闪蒸后发生的爆炸与泄爆过程进行数值模拟,研究了爆炸TNT当量分别为0.2 kg、0.6 kg、1.0 kg及顶部泄爆口面积分别为0 m^(2)、2 m^(2)、5 m^(2)的不同工况,并对抗爆门上的压力变化进行监测。结果表明:随着爆炸前可燃气体量的增加,抗爆门上所监测的最大压力逐渐增大;有泄爆口的工况与密闭空间相比抗爆门上的超压有所降低;但随着爆炸当量的增加,小面积泄爆口泄爆效果不明显。     

爆炸冲击作用下储油罐毁伤特性的数值模拟

大型储油罐是石油库的主要设备，研究其在爆炸载荷下的动态破坏特性意义重大。为获得拱顶油罐结构在爆炸冲击作用下的毁伤机制，采用ANSYS/LS-DYNA建立了柴油拱顶油罐的有限元数值模型，开展了不同炸药量和储油量下拱顶油罐结构的爆炸冲击破坏过程的数值模拟研究。结果表明：储罐内部爆炸后会出现两个薄弱区域，分别出现在罐壁与拱顶的环向交接处和柴油液面的分界处；储罐爆炸冲击波的分布几乎不受TNT当量变化的影响，但爆炸超压随着TNT炸药质量的增加而显著增强；储罐内部的油料液体可以减弱爆炸冲击载荷对罐体结构的破坏效应。研究可为既有罐区安全功能改进和新罐区建设提供理论支撑。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟*

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明:大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

惰性气体对容器泄爆收容过程的影响分析

为了考察惰性气体对容器泄爆收容过程的影响,对利用含有惰性气体的容器收容另一个容器内爆炸气体过程中的压力变化规律进行了试验研究。结果表明:收容容器中惰性气体存在时,起爆容器及收容容器内的压力峰值都较低,且泄爆膜破裂后,两容器内的压力上升速率都有所下降,惰性气体的存在能有效抑制泄爆收容过程中的爆炸强度,对起爆容器和收容容器都起到了一定的保护作用;收容容器内的惰性气体体积分数越高,两容器内的压力峰值越低,对两容器的保护作用越好;在一定范围内,随导管长度增加,起爆容器及收容容器内的压力峰值降低,而当导管长度超过某一特定值时,继续增加导管长度,两容器内的压力峰值变化不大;惰性气体的存在能有效抑制火焰的传播,降低火焰传播速率,达到抑制爆炸的目的。     

爆炸冲击波作用下靶板的塑性大变形响应研究

对四边约束方形靶板 ,在爆炸冲击波作用下的塑性大变形响应情况 ,进行了理论分析与试验研究。运用能量守恒的方法 ,同时考虑试验过程中靶板的边界约束条件 ,得到了四边约束方形靶板在爆炸冲击波作用下发生塑性大变形时挠度的半经验公式。理论计算与试验结果吻合性较好 ,这种方法可应用于板结构在爆炸冲击波作用下的毁伤或防护方面的工程预测     

Study on the dynamic response of polyurea coated steel tank subjected to blast loadings

Steel tanks are widely used in the storage of various chemical liquids, and the blast resistance of the tanks is very important because of the explosiveness of these liquids. To explore a feasible method to improve the blast resistance of steel tanks, the effect of polyurea coating on the blast resistance of steel storage tank is investigated in this paper. The responses of monolithic steel tanks and polyurea coated tanks under blast loads are studied by field blast experiments using TNT explosive, and the results shows that the polyurea layers are effective in reducing the maximum and residual displacements of the tank. Numerical simulations are performed and validated, and the deformation process and stress and strain distribution of the tanks are analyzed accordingly. The increase on the bending moment of the plastic hinge lines of the tanks and the increase of the area density of the cylindrical shell induced by the polyurea layers are believed to be the two main factors contributing to the displacement reduction effect of polyurea in this paper. The validated numerical model is used to study the influence of polyurea layer's thickness on the deflection of the tank, and a nearly inversely proportional relationship between the thickness and the maximum displacement is found. Three deformation modes of the tanks are identified when subjected to blast load with varying intensity and it is found that the displacement reduction effect of polyurea varies in different deformation modes.     

膨胀型防火涂料对高压电力电缆引燃特性影响的实验研究

膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义。对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化。结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关。相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱。随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜。     

液化石油气站储罐区火灾爆炸危险性分析与安全措施

选择具体的液化石油气储配站,分析了该站的危险特性、危险产生的途径及可能造成的后果。在没有任何防护措施的情况下,采用蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型,对该站一个50m3储罐发生泄漏造成的火灾爆炸事故后果进行预测,得出火灾爆炸后的安全距离为大于211．0m。在储配站不能满足此安全距离的基础之上,从防止产生爆炸性气体环境、消除点火源和抑制事故扩大三方面来提出有效的安全措施,降低事故发生的概率及事故造成的损失。其中,站址选在全年最小频率风向的上风侧且周围空旷的地区,罐上设置液位计、压力表、温度计及可燃气体报警器可防止产生爆炸性气体环境;罐及管道设静电接地,法兰用铜线跨接,站内设警示标志可消除点火源;生产区与辅助区间设置隔离墙,罐区周围设置砖混围堤,罐上设安全阀可抑制火灾爆炸事故扩大。     

机场货站易爆危险品存储区外部安全防护距离研究*

为合理设定机场货站易爆危险品存储区外部安全防护距离,基于爆炸威力计算模型,利用有限元分析软件AUTODYN模拟包装约束下爆炸品爆炸冲击波特性,通过引入包装约束系数,描述包装材料对爆炸威力影响,计算航空运输易爆危险品存储区外部安全防护距离。结果表明:1 mm厚度聚碳酸酯、钢和铝材质外包装的包装约束系数分别为0.904 7,0.860 1,0.870 6,相较于聚碳酸酯和铝材质,钢材质外包装对易爆危险品爆炸威力削弱程度较大。研究结果可为机场货站外部安全防护距离规划设置提供参考。     

非典型约束形式下海洋平台波纹板舱室抗爆能力评估

针对非典型约束条件即底部端面梁固定约束、其他各端面梁连接约束的海洋平台关键舱室,其波纹板舱壁在油气爆炸载荷下抗爆能力研究不足,采用数值模拟方法,结合考虑材料应变率效应的实验验证,分析爆炸载荷下舱壁动力响应及破坏模式。由传统位移指标不能准确评估该模型的抗爆能力,提出基于应变的评价指标,以此建立P-I评估曲线。研究表明舱壁与底部端面梁连接部位首先达到最大破裂应变发生破裂,其为超压与冲量共同作用结果;舱室可抵抗超压40 kPa、冲量230 kPa·ms的载荷而不发生塑性变形;舱室可抵抗超压85 kPa、冲量400 kPa·ms的载荷而不发生破裂。提出的以应变为指标的P-I曲线可量化舱壁损伤评估区间,结合爆炸载荷值,准确评估舱壁抗爆能力及损伤大小,为工程人员优化舱壁抗爆能力、确定灾后控制措施提供指导。     

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。     

Influence of sewage culvert cover plate thickness on dynamic response and damage of the cover plate under gas explosion

In order to address the risk of combustible gas explosions in sewage culverts, a numerical model was established using ANSYS/LS-DYNA software. The model consisted of a culvert and a cover plate, and was used to study the effect of cover plate thickness (ranging from 0.08 m to 0.12 m) on the dynamic response and damage of the structure under explosive loads. The results indicated that, during the loading negative pressure stage, the equivalent stress peak value of the central monitoring unit of the cover plate first increased and then decreased with increasing cover plate thickness. Additionally, the maximum principal stress peak value first decreased and then increased, while the maximum shear stress peak value first increased and then decreased. During the loading positive pressure stage, the maximum principal strain peak value of the monitoring unit decreased overall with increasing cover plate thickness. However, the equivalent plastic strain peak value initially increased and then decreased gradually. The equivalent strain indicated that plastic damage occurred in the cover plate. Beyond a thickness of 0.11 m, increasing the cover thickness did not appear to enhance its resistance to plastic damage. The damage analysis revealed that as cover plate thickness increased, the peak displacement and velocity of the monitoring unit continued to decrease, while the overall stability and explosive resistance of the cover plate increased. Additionally, the number of damaged fragments decreased. However, once the cover plate thickness reached 0.11 m, the bonding performance of the reinforced concrete structure had been fully developed, increasing the thickness of the cover plate no longer had a significant impact on the explosive resistance of the cover plate.     

抛光铝粉爆炸及ABC粉体抑爆特性的实验研究

为研究抛光铝粉的爆炸危险和ABC粉体的抑爆特性，在对实验粉体粒径分布进行分析的基础上，采用20 L粉尘爆炸特性实验装置，分别对不同铝粉尘浓度、不同抑爆剂浓度条件下的爆炸特性参数进行测试。研究结果表明:在实验条件下，铝粉的爆炸下限为45 g/m3＜C＜60 g/m3；随铝粉浓度增加，爆炸烈度呈现出先增强后减弱的变化趋势，在浓度为400 g/m3时爆炸烈度最大。ABC抑爆剂能够有效抑制铝粉爆炸超压和爆炸反应进程，随着惰性粉体浓度的增加，抑制效果愈加明显，爆炸逐渐减弱。当ABC惰性粉体的质量占比增加到50%时，相较单一铝粉爆炸，反应过程时间由72 ms增加至785 ms，爆炸最大压力、最大压力上升速率分别下降了61.7%，89.5%；当ABC粉体质量占比为53%时，铝粉被完全惰化，未发生爆炸。     

基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究

针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为，利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型，分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应；基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式，验证了所建耦合模型的可靠性，并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域，最大响应特征值（应力、位移与振速）位于缺陷中心处，随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧；相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度，缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大；在本研究的条件下，建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m，且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑，为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。     

多层圆管夹芯结构的装甲车底板防爆设计

为提高轮式装甲车防护地雷的能力,寻找能够实现最佳防护效果的装甲结构形式,利用ANSYS/LS-DYNA软件平台,对不同的装甲结构在爆炸载荷作用下的响应进行仿真计算。首先探究多层圆管排列方式对冲击吸能的影响,得出密排圆管结构的抗冲击能力强于齐排和交叉排列的方式。然后在爆炸载荷下对由双层密排圆管组成的夹芯层防护结构进行数值计算,并对比试验结果,验证了所建立计算模型数值模拟结果的有效性。最后由数值计算结果确定了最佳的防护结构。数值模拟和试验结果表明,防护结构的面密度增大,防护效果明显改善;相同面密度的防护结构中圆管的直径越大,圆管的压缩行程越大,防护效果越好。