爆炸冲击环境下内凹蜂窝型梯度结构响应特性研究*

为提升应急救援人员防护服抗爆能力,减少爆炸事故中人员伤亡数量,以内凹蜂窝型梯度结构为研究对象,采用爆炸冲击实验与数值有限元法相结合的研究手段,通过改变胞元尺寸与胞元凹角对梯度蜂窝结构进行优化,分析梯度结构在爆炸冲击环境下冲击波衰减效率和力学响应规律。结果表明:同等质量条件下,内凹蜂窝结构尺寸梯度为2.58 mm-3.40 mm-2.58 mm、角度梯度30°-22.5°-30°时对冲击波的衰减效应最佳,衰减效率分别为85.44%,82.29%。研究结果可为同时满足轻质、高强抗爆要求的防护服结构设计提供技术支撑。     

压力容器爆炸研究及灾害后果计算分析

压力容器发生爆炸产生的危害后果非常严重,研究及预测压力容器爆炸后果至关重要。爆炸造成的灾害主要为冲击波和爆炸碎片对人的伤害和建筑物的破坏,对爆炸产生后果的计算方法作了全面系统地阐述,对研究和预测发生压力容器爆炸事故的灾害后果、应急救援有一定的意义,为安全距离的确定及应急救援预案的制定提供重要的参考。     

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。     

空中水下爆炸条件下泡沫铝夹芯板的消波吸能效应

为研究泡沫铝夹芯板在空中与水下爆炸条件下的消波吸能效应,建立空中与水下爆炸冲击有限宽泡沫铝夹芯板的全耦合模型,从爆炸冲击波的反射、透射、绕射及汇聚过程入手,对比分析爆炸冲击波在空气和水中的传播与衰减规律,探讨泡沫铝厚度对夹芯板消波效应的影响。结果表明,泡沫铝夹芯板对空中及水下爆炸均有较好的消波吸能效果;受冲击波绕射及板后汇聚影响,空气和水2种介质中的抗爆设防应以近距离为主;为增强消波效果及芯层的吸能效果,应优先选择芯层较厚的泡沫铝夹芯板。     

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。     

燃气管道泄漏爆炸应急救援物资需求及救援点优化选址研究

为研究燃气管道泄漏爆炸后的应急救援物资需求量和最佳救援点选址,采用案例推理方法,建立了燃气管道泄漏爆炸事故应急资源需求模型。以某化工园区发生燃气管道泄漏爆炸为案例,运用MATLAB编程对应急资源需求进行数值计算;利用ArcGIS可视化、地图数据分析功能,建立网络空间数据集,获得该案例工业园区6个应急救援点。结果表明,可通过化工园区应急救援历史数据获得事故应急资源需求量,利用ArcGIS建立位置分配点和确定救援点数量,可获得优化的应急救援选址。     

气体密度和初压对炸药爆炸压力衰减的影响*

为研究气体密度和初压对爆炸压力的影响,以球形装药为例,在LS-DYNA中模拟不同气体密度、环境初压和真空度条件的TNT炸药爆炸,分析空气冲击波的形成过程和衰减规律。研究结果表明:在爆炸初期冲击波的波阵面位于爆炸产物边界,产物压力与冲击波压力存在强耦合作用;随着爆炸产物自身压力下降,其膨胀速度减慢,冲击波开始与爆炸产物分离,当产物中心压力下降为环境初压时,冲击波与爆炸产物彻底分离,其后以空气冲击波的形式独立传播。降低气体密度可以通过抑制冲击波形成,大幅降低爆炸压力;减小环境初压则通过加快冲击波的衰减速度,也可以在一定程度上降低爆炸压力。相较于单独改变密度和压力,提高真空度对冲击波压力的减小效果更好;近真空环境下无法形成空气冲击波,爆炸压力衰减速度快。     

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。     

苯的蒸气云爆炸伤害分析

介绍了蒸气云爆炸事故机理以及4种方法研究蒸气云爆炸破坏力的影响范围,并根据TNT当量法和TNO建议,计算苯蒸气云燃烧爆炸冲击波的影响范围,即确定死亡半径、重伤半径、轻伤半径及财产损失半径,为企业和政府的应急救援提供帮助。     

甲烷体积分数及巷道结构对甲烷爆炸特性影响研究

为明确甲烷体积分数及巷道结构对甲烷-空气爆炸特性的影响机制,采用Fluent软件建立3种不同结构的巷道模型,对甲烷体积分数分别为6%、9.5%和13%条件下的巷道甲烷爆炸过程进行数值计算,分析爆炸压力和温度的变化特性以及火焰的传播特性。结果表明:当甲烷的体积分数为9.5%时,直巷道中冲击波峰值压力及爆炸温度最高;随着测试距离的增加,冲击波峰值压力不断降低,并且符合指数衰减特征;不同巷道结构甲烷爆炸后压力峰值的差异主要出现在弯道处,其冲击波峰值压力大小为90°巷道直巷道分叉巷道;分叉巷道中经过拐角后的冲击波峰值压力明显下降,对冲击波阻碍作用显著;此外,当冲击波进入弯道并沿壁面传播时,受压缩波、稀疏波及反射波等多波系共同影响,火焰沿壁面传播特性发生改变。     

爆炸荷载下地铁隧道损伤规律研究

地铁在运营中存在诸多风险,特别是外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外部侧爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构损伤效应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。以西安地铁6号线工程为依托,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸荷载作用下应力波的传播规律;选取地面侧爆角度和隧道埋置深度2个因素建立分析工况,研究了外爆炸荷载下隧道衬砌结构的受力状态规律,隧道埋深15,18 m相较埋深12 m衰减了20,125个微应变;同时直观地对隧道衬砌结构的损伤程度进行分析。开展该项研究为地铁隧道结构抗爆防护设计提供了理论依据,具有较高的技术、经济和社会效率。     

多孔球形材料阻火抑爆性能影响因素数值模拟研究

为探究影响多孔球形材料阻火抑爆性能的主要因素,采用气体爆炸模拟软件FLACS建立多孔球形结构中湍流燃烧模型,对填充多孔球形材料后丙烷/空气预混气体燃烧爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:多孔球形材料能够有效衰减爆燃压力波、阻隔火焰传播,起到阻火抑爆作用,且压力波衰减程度和火焰阻隔效果与多孔球形材料的尺寸、孔径及填充密度密切相关。当多孔球形材料的直径为25 mm、孔径为3 mm、填充密度为20层时,压力波衰减程度最大,火焰阻隔效果最明显,说明直径和孔径越小,填充密度越大,材料的阻火抑爆性能越强。     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究*

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响。结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑。     

煤岩体巷道壁面钻孔减震吸能性能研究

为了掌握瓦斯爆炸冲击载荷在煤岩巷道壁面钻孔下的传播衰减规律,揭示煤岩巷道壁面钻孔减震吸能机理,提高巷道系统的安全稳定性能,基于一维平面应力波理论和节理刚度模型分析了煤矿井下巷道围岩钻孔的减震吸能机理,解释了煤岩壁面钻孔的存在对应力波传递的减弱和阻隔作用。为了深入研究巷道壁面钻孔的减震吸能性能,利用ANSYS/LS- DYNA建立方形巷道模型,模型壁面设置有钻孔,针对巷道右壁面和顶板布置相应监测点,对瓦斯爆炸冲击载荷作用下巷道壁面钻孔的减震吸能性能进行了数值模拟。结果表明:由于介质的非连续性和不同介质之间特性存在差异,煤岩体巷道壁面钻孔有效消减了钻孔后煤岩体质点中波的强度及速度,具有一定的减震吸能作用。研究煤岩巷道壁面钻孔在冲击载荷作用下的减震吸能性能,为研究瓦斯爆炸冲击载荷对巷道系统安全性和稳定性提供依据。     

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。     

煤矿风井防爆门设计爆炸载荷计算方法研究*

为解决煤矿风井防爆门研发中的设计爆炸载荷取值问题，采用理论分析和数值模拟方法，研究MFBL防爆门在被冲击波冲飞过程中的能量转化、传递、耗损关系，以及空气阻力因素的影响；改进拉断钢丝绳消耗能量的算法，着重考虑空气阻力影响因素，重新建立基于事故中防爆门的飞起高度计算防爆门设计爆炸载荷的方法，并以典型案例进行验证。结果表明:防爆门在拉断牵引钢丝绳的过程中，传递给配重的能量相较于拉断钢丝绳所消耗能量较小，可忽略不计；MFBL防爆门的空气阻力系数接近于1，其以较大速度飞行时受空气阻力影响显著，故考虑克服空气阻力作功是必要的；鉴于计算结果，推荐根据20~50 m飞起高度设计防爆门爆炸载荷，并提出根据防爆门飞起高度划分安全防护等级等建议和应用指南，其可提高计算方法的可靠性和可用性，可为防爆门研发等提供参考依据。     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。