不同方案钢板混凝土防爆墙的抗爆性能分析

减小爆炸破坏的有效方法是在爆炸点与建筑物之间设置一道防爆墙。采用LS-DYNA软件借助已有文献推荐的方法建立数值分析模型。研究了不同药量爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙(RCBW)的破坏过程。提出了4种不同方案的钢板混凝土防爆墙并对其抗爆性能进行分析、排序。最后,利用RC框架作为防护对象,分析不同钢板混凝土防爆墙的防爆效果。结果表明:爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙的破坏过程分为3个阶段,处于第3阶段的钢筋混凝土防爆墙发生严重的破坏。相比较于钢筋混凝土防爆墙,4种不同方案的钢板混凝土防爆墙的抗爆性能均有明显的提高,其中双面钢板混凝土防爆墙的防爆效果最好。爆炸荷载下,经双面钢板混凝土防爆墙防护后的RC框架柱没有发生任何破坏,而经其他3种方案防护的框架柱均有一定程度的塑性损伤。

倾斜式防爆墙抗爆性能有限元数值分析与实验验证

采用数值模拟和试验研究方法研究了倾斜式防爆墙的抗爆性能。首先基于LS-DYNA软件建立不同倾斜防爆墙的有限元数值分析模型,分析了不同倾斜角度对爆炸冲击波传播规律,防爆墙爆炸冲击反射波和墙后绕射波压力峰值的影响。最后选择70°倾斜防爆墙作为典型的倾斜式防爆墙开展了试验研究。数值分析结果表明:防爆墙体倾斜角度每减少10°,同爆距下爆炸冲击波到达防爆墙的时间延长0.1~0.5 ms,迎爆面上反射压力峰值降低0.5~1 MPa。实验表明:5 kg药球爆炸时70°倾斜防爆墙上爆炸冲击波反射压力实测时程曲线与数值模拟时程曲线基本吻合,引爆面上最大反射压力峰值为2.04 MPa,实测消波系数为80.6%,比数值模拟值提高了13.7%。70°倾斜式防爆墙能够阻挡5 kg药球间距2 m三次累计爆炸冲击。

煤矿瓦斯爆炸冲击下的防爆墙受力数值模拟

瓦斯爆炸作为严重的的煤矿安全生产事故之一,一旦发生会造成严重的人员伤亡,而防爆墙可以有效的抵抗瓦斯爆炸冲击。为此,本文采用数值手段研究了煤矿瓦斯爆炸冲击作用下防爆墙的防护性能。通过与已有研究对比验证了模型的正确性,系统探讨了弧度对防爆墙性能的影响,并对比了传统直墙与弧形防爆墙的差异。结果表明,相较于传统直墙,弧形防爆墙墙后压力更小,对爆炸冲击波的削弱效果更为显著。爆炸冲击响应时间以及爆炸造成的水平压力峰值与墙后测点水平距离呈正比,与压力衰减速度呈反比。相较于水平压力,竖向压力峰值更大,且各测点间的差异更为明显。60°圆心角工况的压力曲线中,峰值压力衰减明显,且整体墙后压力较小,因此,圆心角为60°的弧形防爆墙爆炸冲击波削减效果较佳。

泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度影响研究

为了确定泡沫铝夹芯板的厚度与防爆墙侵彻深度的关系,采用理论、实验和数值模拟相结合的方法对破片冲击防爆墙的过程进行了系统研究。首先,采用一级轻气炮和应变测试系统,测得破片冲击防爆墙的侵彻深度并得到破片冲击防爆墙过程中的速度衰减规律,为数值计算中本构模型、材料参数的合理选择提供了依据;其次,通过一维波动理论计算了不同材料的波阻抗,分析并得到了较为合理的材料结构形式,为数值计算的工况设计提供了依据;最后,采用数值模拟方法系统分析了破片侵彻防爆墙的过程,获得了泡沫铝夹芯板厚度对防爆墙侵彻深度的影响规律。研究结果表明:破片侵彻深度随着初始速度的增大呈先增大后减小再增大的趋势,临界速度分别为800 m/s和1500 m/s;破片侵彻深度的临界速度随着泡沫铝夹芯板厚度的增加出现“滞后”效应;单位面积吸收的能量与破片侵彻深度呈负相关,单位面积吸收的能量越多,破片的侵彻深度越小。该成果对合理设计防爆墙结构以及有效提高其对破片的防护能力具有一定的指导作用。

脉冲载荷形状对防爆墙连接件动力响应影响研究

[目的]防爆墙在抗爆过程中,其连接件容易产生变形损伤,导致抗爆结构失效,因此需要研究爆炸载荷下防爆墙连接件的结构响应特性。[方法]运用LS-DYNA软件,在保证各施加载荷对应能量相等的条件下,设定三角、渐加、线性衰减、矩形这4种载荷形式对防爆墙连接件结构的动力响应进行数值仿真模拟,研究载荷形状对连接件变形特性的影响。[结果]结果显示,在线性衰减及矩形载荷作用下,防爆墙连接件更易产生较大位移,其与三角及渐加载荷相比,最大变形量差值可达202.6%,最大应力值差值可达93.8%,且在反向工况下随峰值压力的增加更易出现塑性变形。[结论]所做研究可为防爆墙连接件的结构设计优化提供参考。

水体与混凝土防爆墙消波减爆作用对比研究

为掌握水体防爆墙消波减爆作用特性,应用量纲分析法建立了防爆墙试验模型尺度律;依据尺度律设计防范汽车炸弹爆炸破坏的水体防爆墙及对比的混凝土防爆墙试验模型;通过数值模拟和实爆试验,验证试验模型尺度律的可适用性,研究水体防爆墙与混凝土防爆墙的消波减爆作用。研究结果表明。所建立的防爆墙模型尺度律具有一定的可适用性;水体防爆墙及混凝土防爆墙的消波减爆作用显著,两种防爆墙对爆炸冲击波峰值压力的衰减程度均可以达到70%以上;水体防爆墙对爆炸冲击波峰值压力的衰减作用稍强于混凝土防爆墙。

汽车炸弹爆炸下装配式防爆墙弹塑性动力计算与数值分析

根据汽车炸弹恐怖爆炸的特点,计算了汽车炸弹近地爆炸空气冲击波参数,提出了防爆墙结构等效静载的弹塑性动力计算方法。按该方法设计了一种钢板混凝土装配式防爆墙组合结构,并与有限元数值分析结果进行了比较。结果表明,按该方法设计的防爆墙结构,其设计荷载只有其峰值压力的五分之一,能很好地发挥防爆墙结构塑性变形的特点,具有较大的经济价值。

装配式组合防爆墙抗高速破片侵彻性能研究

为研究一种新型的装配式双层钢板组合防爆墙结构的破坏分级指标,依据CONWEP程序计算所得的不同恐怖爆炸威胁等级下破片的特征参数,采用LS-DYNA软件,对组合防爆墙及等厚混凝土结构抗单破片及多破片高速法向撞击时的侵彻性能进行对比研究,分析了破片在防爆墙中的侵彻过程,得到了4种类型破片法向撞击下两种防爆墙的破坏特征以及破片侵彻深度、速度、加速度等特性参数的变化规律。分析表明,组合防爆墙抗破片侵彻性能明显优于混凝土结构,在研究结构破坏分级指标时须考虑多破片的破坏效应。

防爆墙降低天然气长输管道风险的量化研究

对天然气长输管道的风险分析大多忽视了减缓性安全措施对事故后果的削减作用.文中提出一种将防爆墙降低事故后果严重度的效果量化地计入天然气长输管道定量风险分析中的方法.首先定义防爆墙对天然气长输管道爆炸冲击波超压的削减率及计算公式,并利用能量等效原理修正事故参数值,最后分析管道周边敏感目标区域在建立防爆墙后承受风险水平的降低程度.案例分析表明:修建防爆墙后,脆弱目标区域内冲击波超压的平均削减率约为50.05%;个人风险、社会风险水平均降低至可以接受水平.建立的安全措施在定量风险评价中的量化表征方法,可以为保障天然气长输管道周边敏感场所的安全设施建设提供技术参考.

水体防爆墙和混凝土防爆墙对爆炸冲击波的消减效应

对水体防爆墙和钢筋混凝土防爆墙两种防爆墙抵抗地面爆炸冲击波的情况进行了数值模拟,对比了两种防爆墙的消波效果,分析了两种防爆墙条件下各物质间能量转化的规律。,两种防爆墙对地面爆炸冲击波均具有很强的消减作用,水体防爆墙在与爆炸波相互作用的过程中获得的总能量峰值比混凝土防爆墙大一个量级。水体防爆墙自身耗散掉爆炸产物和冲击波的能量有限,更多的是依靠水体的质量和惯性实现防爆的目的。

防爆墙迎爆面反射压力系数计算方法研究

研究防爆墙迎爆面荷载计算方法有助于防爆墙的科学设计和合理使用。爆炸产生的反射冲击波压力是作用在防爆墙上的主要荷载,由入射压力和与相应的反射压力系数的乘积得到。针对墙体变形情况下作用于防爆墙上的反射压力系数的计算方法进行了研究,发现作用于墙体的反射压力系数和墙体变形没有直接关系。基于这一现象,将墙体变形和冲击波墙面反射解耦考虑,提出了反射压力系数的计算方法。对比了地面爆炸及近地表空中爆炸对墙体反射压力系数分布规律的差异,建议了近地表空中爆炸时墙体反射压力系数的计算方法。

装配式防爆墙和翻转式路刺组合防护结构

根据汽车炸弹恐怖爆炸的特点,设计和研制两种装配式防爆墙及翻转式路刺组合防护结构,介绍了其主要设计原理和设计特点,提出装配式防爆墙的工程计算方法。所达到的技术指标表明,设计和研制的装配式防爆墙和翻转式路刺组合防护结构,不仅制式化程度高、抗力大,而且可以依据不同爆炸威胁等级和时间要求进行快速灵活地设置,为大型人员活动场馆、加油站、公众关注的热点建筑及国家标志性建筑物等防护汽车炸弹袭击提供一种有效的工程防护器材。

土工防爆墙倾覆稳定性分析

基于文献试验,建立了土工防爆墙倾覆稳定计算方法。假设墙体在水平均布冲击波荷载作用下绕墙趾产生刚体转动,分别得到了指数衰减荷载和瞬时冲量荷载作用下墙体转动线性微分方程的解析解和倾覆稳定系数计算公式,并采用Rung-Kutta法求解墙体转动非线性微分方程和倾覆稳定系数的数值解。对于文献中的两种土工防爆墙,解析解、数值解与试验结果比较表明:理论计算与试验结果吻合较好;可忽略冲击波加载时程和墙体转动微分方程非线性对倾覆稳定系数的影响,按瞬时冲量荷载下的解析解计算倾覆稳定系数,并取容许倾覆稳定系数为1.1。

快速拼装式防爆墙消波性能数值模拟研究

为研究快速拼装式防爆墙墙后超压分布规律及影响因素,基于2D映射3D网格建模技术,采用AUTODYN有限元软件分别对TNT当量为6.82 kg,爆高1 m、爆距3 m、墙厚0.5 m,墙体高度为1.5 m、2 m、2.5 m的计算模型和比例爆距分别1.58 m/kg^(1/3)、1.28 m/kg^(1/3)、1.05 m/kg^(1/3)的计算模型以及比例爆距为1.05 m/kg^(1/3),爆高1 m、墙高2 m、墙厚0.5 m,爆距为2 m、3 m、4 m的计算模型进行了模拟,分析了墙体高度、比例爆距和炸药位置对墙后超压分布的影响。结果表明:墙体高度增加将显著增强防爆墙消波性能,墙体高度在1.5~2.5 m范围内变化时,墙后消波系数变化较大;随着比例爆距的减小,墙后较远处消波系数有所增大;随着测点高度和爆高增大,测点处受到的防爆墙保护效应将减小。综合考虑以上因素对墙后测点超压的影响,拟合出了计算墙后超压大小的公式,计算结果与数值模拟结果能较好的吻合。

异型防爆墙抗空气冲击波的数值模拟

通过对比广泛认可的空气冲击波计算经验公式,验证了运用动力有限元软件AUTODYN 2D进行数值模拟计算冲击波问题的可行性与准确性;运用AUTODYN 2D计算了4种不同形式防爆墙在相同爆源距时各防爆墙的抗冲击波能力,其次计算了随爆源距的减小各种防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值,并对比分析了其变化趋势,得出4种防爆墙中(b)、(c)、(d)型防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值是随爆源距的减小而递增的,防爆效果较好。

可燃气体爆炸压力下海洋平台防爆墙数值仿真研究

采用等效TNT方法计算了海洋平台复杂结构在油气爆炸冲击波作用下的动态响应,采用多欧拉-拉格朗日耦合方法对三种不同防爆墙结构进行数值模拟研究.模拟结果显示:在油气爆炸冲击波的作用下,平台舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口传入平台其它舱室;对海洋平台爆炸舱室的围壁采用原结构、梯形结构和半椭圆三种防爆墙结构进行数值对比研究,考虑防爆墙的能量吸收和甲板能量吸收这两个方面,半椭圆防爆墙结构具有更好的防爆效果.

爆炸冲击波作用下钢板-砂土组合防爆墙的实验研究

钢板-砂土组合防爆墙是一种有效、快捷的防护结构形式。针对该种组合结构进行了爆炸荷载作用下的抗爆特性试验研究,并结合国内外文献,着重研究了防爆墙结构上所承受的荷载,给出了荷载计算近似公式,为防爆墙设计计算提供参考依据。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土防爆墙动力响应研究

为了研究钢筋混凝土防爆墙的抗爆能力,采用有限元分析方法对不同纵向配筋率、不同高跨比、不同厚度的墙体在爆炸动态荷载作用下的动力响应进行研究,对各种不同设置的钢筋混凝土防爆墙的抗爆性能进行评估。结果表明:减小高跨比对提高钢筋混凝土防爆墙的抗爆能力最为重要,提高纵向配筋率,增加厚度都能增加防爆墙的抗爆能力。

波纹板防爆墙在爆炸荷载作用下动态力学性能研究

防爆墙是海洋平台中用以分隔生活区和生产区、承受爆炸主要荷载、保护人员和设施安全的重要构件。为了研究防爆墙在爆炸荷载作用下的动态力学性能,本文利用通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸荷载作用下四边约束波纹板防爆墙的动态响应过程进行了模拟。计算中,采用不同强度的三角形爆炸荷载曲线,分析了材料应变率效应的影响,对比了不同宽度墙体的应力分布、位移时程曲线。结果表明材料的应变率效应不可忽略,有限元计算中应采用考虑应变率效应的材料本构关系;墙体的高宽比对墙体应力分布形式有一定影响,但不同宽度下墙体中心节点位移峰值相差不大。文章最终还得到了波纹板防爆墙在爆炸荷载作用下的整个破坏过程和最终破坏模式。

钢板夹芯防爆墙防护效应的影响因素

研究防爆墙的防护效应,使其更为有效地降低爆炸冲击波对目标的破坏作用,设计了钢板夹聚氨酯和钢板夹混凝土两种防爆墙。利用一维应力波理论分析比较了两种防爆墙的防护能力,借助ANSYS/LS-DYNA软件讨论了不同墙高、爆距及测距对防爆墙防护效应的影响。研究表明:钢板夹芯的防爆墙芯材刚度越小,防护效应越好,且芯材会影响高压区形成的位置;防护率与墙后测点并无明显的数学关系,但各点防护率都围绕某一固定值上下波动,且该固定值随墙高的增加而增大;防护率(均值)随着墙高的增加而增大,且增幅也随之增大;防护率(均值)随爆距的增大而均匀减小,且减小的幅度与墙高呈负相关。