数据驱动靶场静态毁伤数字试验技术

针对静态毁伤试验成本高、周期长、数据样本量有限、边界条件无法验证的问题,开展了静态毁伤数字试验技术探索。以靶场静态毁伤试验为研究对象,基于理论公式、历史试验数据和数值仿真计算,构建了爆炸威力场预测模型及冲击波压力、破片飞散特性等毁伤分析模型。利用仿真和试验结合模型驱动及3维场景数字化显示等关键技术,建立了典型静态毁伤数字试验场景,实现了数据驱动静态毁伤数字试验。可为靶场静态毁伤传感器布设提供理论依据,为靶场开展数字试验提供技术基础。

电场作用与大气增温效应的再试验

６０多次对比模拟试验结果表明，大气电场对大气增温效应的“促进”作用是相当可观的；“促进”作用的大小与电场强度和大气成分有关，也和静电场还是交流电场有关。

石灰岩中球形装药封闭化爆试验的自由场应力和地运动

对石灰岩中50,100,800,1000和2000kg TNT的系列球形装药封闭爆炸试验的350km/kt1/3比例爆距内的自由场应力波和30km/kt1/3比例爆距内的地运动测量数据,按爆炸相似律进行归一化分析处理,拟合得到自由场应力、地表粒子速度、地表比位移及地表比加速度等特征参量峰值随比例爆心距的衰减规律,并与硬岩(花岗岩、砂岩、石灰岩)中的核爆相应结果进行对比。结果表明,化爆试验的地表比加速度峰值远小于核爆的,其他特征参量的峰值衰减规律与核爆的大体一致。讨论与自由场应力波、地表运动参数测量及数据分析相关的若干问题,指出:只有通过现场试验积累足够的数据资料,从统计学的角度来研究,才能比较客观地了解岩体中爆炸的自由场和地运动变化规律,而化爆能在一定程度上模拟核爆的力学效应。在自由场应力波测量中,化爆模拟试验需要更高频响的测试系统。在地表运动测量中,由于波传播路径上的岩体对高频波的吸收很强,在一定比例爆距外,化爆与核爆的地运动信号频率并无太大的差别,波传播路径上的岩体性质对加速度参量的影响最大,这是化爆比例加速度峰值远小于核爆的主要原因。

风洞短试验段中基于被动技术的大气边界层模拟

针对西南交通大学XNJD-1风洞第一试验段的特点,采用被动模拟装置,通过多次流场校测、反复试凑,成功地在风洞中模拟了C类地表情况下的高湍流度大气边界层,实测平均风速剖面、湍流度剖面及风谱特性等与目标值较为吻合。此外,还对比讨论了平均风速和离地高度等因素对风场特性影响,并计算了湍流积分尺度。研究表明边界层调试过程中应重点考查气流在对应结构卓越频段范围内的脉动情况,而仅将湍流度作为参考指标。

高寒草甸地区陆面过程耦合模式与辐射研究

本文论述了陆气相互作用的研究意义与现状.在原有研究工作基础上,针对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆面过程耦合模式,藤别给出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水模式,对植物内部湍流交换的物理过程作了深入研究.本文还介绍了当地的气候概况和野外观测情况,利用本模式对中国科学院高寒草甸站地区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,证明该模式成功地模拟了陆气相互作用过程,可为当地合理利用水热资源提供科学依据.为了解植被在陆气相互作用的影响,本文又进行了敏感性数值试验.

混凝土梁桥桥下爆炸压力场分析

为了探索桥下爆炸自由场超压、墩柱反射超压和梁底反射超压的分布规律,对一座两跨混凝土梁桥缩尺模型开展了桥下爆炸试验,并结合数值模拟方法研究了桥下爆炸波传播规律以及爆炸波与T梁和墩柱之间的相互作用.研究结果表明:地面反射条件的改变对爆炸荷载影响显著;实测柱底、柱中和柱顶超压峰值沿柱高分布相对离散,实测T梁底超压时程曲线呈多峰正压.爆炸波传播过程中有马赫波形成;爆炸波遇到T梁梁肋和横隔板会发生反射和绕射,遇到T梁翼板下表面会发生反射,爆炸波传播至墩柱盖梁和T梁相交区域时,传播路径较为复杂,作用时间相对较长.炸药形状对T梁底部超压分布有一定影响,中梁梁肋下表面的超压峰值自爆心向两边呈指数形式衰减;超压峰值沿柱高整体呈减小趋势,柱底、柱中和柱顶迎爆面沿柱周超压峰值整体呈中间大两边小的趋势.

爆炸法处理陆上软土地基的数值模拟

目的为深入研究淤泥、抛石和炸药之间的作用机理,优化爆炸法软基处理中的主要参数.方法采用基于多物质欧拉法的爆炸流体动力学数值模拟技术对爆炸法软基处理问题进行了分析,并采用钻孔和地质雷达等现场试验方法进行了验证.结果爆炸冲击波在淤泥、抛石、非黏性土层中的传播特性存在明显差异;药包埋深应在淤泥层底部以上1.0～2.0 m,并以用药量和药包埋深为基础确定布药距离;下部非黏性土层密度增加了20%以上.结论爆炸法处理陆上软基的作用机理是排开淤泥形成空腔,并挤压抛石形成较陡断面进大量挤入爆腔置换淤泥.

瞬态高压多点压力测试系统

针对目前密闭空间内瞬态高压高温燃爆场测试中无法有效获取多点压力信息,该文在压力测试仪的基础上,研制量程为600 MPa,抗3 200 K瞬时高温的多点压力测试系统。测试系统的塑料光纤传光器件、高强度光窗、屏蔽薄膜,使其能适应密闭空间内瞬态高压高温燃爆场测试环境。通过测试系统多路光纤的光触发信号,同步多个测试仪工作的同时,可使测试系统在强电磁环境下对多点进行压力测试。运用有限元仿真软件LS-DYNA,对密闭空间内瞬态高压高温燃爆场进行压力仿真并获取多点的压力信息,仿真结果与已有的实验数据吻合较好;某些区域压力有多个峰值,某些区域间波形差异很大,这些区域压力特性可为测压器的布置数量与位置提供参考。

中间起爆柱状药包爆炸应力应变场演化规律

结合动态焦散线、超动态应变测试和数值分析方法,对中间起爆柱状药包爆炸材料中的应力应变场以及爆生裂纹尖端局部应力场的演化规律进行了研究。3种分析方法得到的结论具有一致性。由焦散线方法可得,中间位置起爆柱状药包中垂线方向、端部垂线方向、端部轴向和端部倾斜方向主应力差值依次减小,各方向近炮孔圆孔处主应力差最大值分别为50.9,29.9,15.3和13.3 MPa,端部效应明显。由于爆炸应力波迅速衰减,圆孔处主应力差值差异随距离炮孔距离的增加逐渐减小。利用小圆孔可有效的对裂纹影响大小和影响范围进行测量,当爆生裂纹扩展到圆孔附近时,受爆生裂纹尖端局部应力场的影响,圆孔处焦散斑呈增大趋势,随着裂纹的不断扩展,其圆孔处焦散斑方向随之不断变化。由超动态应变测试方法可得:炮孔柱部由于应力波的叠加,垂直炮孔方向应变持续时间为40μs,主要表现为压应变,炮孔端部轴向应变持续时间为10μs,首先表现为压应变,随后转为拉应变并持续了较长时间。数值模拟得到了炮孔周围4个方向应力衰减的拟合曲线,弥补了实验方法不能测得炮孔近区应力应变场演化规律的缺陷。中间起爆柱状药包显著改善了沿炮孔轴线爆炸应力场的均匀程度,有利于岩石的破碎,从而提高炮眼利用率,减少岩石大块率。

地表爆炸作用下钢筋混凝土管道裂缝扩展机制

为了研究地表爆炸作用下埋地管道的安全性,针对城区内常见的浅埋承插式钢筋混凝土管道,设计并实施全尺寸埋地管道地面爆炸现场试验.结合全耦合数值模拟手段及分离式钢筋混凝土建模方法,基于混凝土smeared crack模型,分析地表爆炸作用下承插式钢筋混凝土管道结构体系的动力响应特征及管道裂缝扩展机制.研究结果表明,地表爆炸作用下,管道内壁开裂以斜向裂缝和环向裂缝为主.斜向裂缝均出现在管道的承插接口处.当爆源位于管道承插接口上方和管身中部正上方时,距爆源最近的管道承插接口处均产生明显的斜向裂缝.承插接口是承插式钢筋混凝土管道体系抗爆的薄弱部位.

露天爆破堵塞物对混装乳化炸药影响研究

随着现场混装乳化炸药的广泛应用,露天爆破施工中存在着堵塞物渗入乳化炸药,间接改变堵塞长度,降低爆破效果的情况。为研究露天爆破堵塞物对混装乳化炸药影响,先后开展了填塞模拟试验、数值模拟试验及现场爆破试验。首先,采用4种常用孔径的PVC管模拟炮孔,使用钻孔岩屑模拟炮孔堵塞,系统研究了填塞过程中炸药药柱顶部岩屑渗入炸药情况;其次,借助LS-DYNA软件进行单孔爆破数值模拟,通过观察测点的应力值变化,探究了药柱顶部混入堵塞物对爆炸威力产生的影响;最后,以金堆城露天台阶爆破为工程背景,在装药过程中设置物理隔离改善堵塞工艺,通过对比物理隔离前后的爆破效果分析堵塞物对混装乳化炸药的影响。结果表明:在乳化炸药填塞过程中,药柱顶部首先出现炸药上溢现象,在填装完成后受重力影响岩屑逐渐渗入乳化炸药,且随着孔径的增大,相同时间内岩屑的渗入长度不断增大;数值模拟结果表明,不同监测点位的应力值均有所下降,堵塞物的渗入降低了顶部炸药的爆炸威力;对现场爆破后的顶部岩石进行块度分析发现,对比常规装药过程,采取堵塞隔离措施后,爆区内岩石主要块度分布从20~40 cm降低为0~20 cm,且超过60 cm的岩石占比由6.13%降低至1.81%。综上,堵塞物渗入对乳化炸药的威力及爆破效果影响显著,通过采取物理隔离手段分离堵塞物与炸药可以有效改善爆破效果。

水下接触爆炸下钢筋混凝土板毁伤模式探究

为了探究水下接触爆炸下钢筋混凝土板的毁伤破坏模式以及内部配筋的形变特性,利用AUTODYN软件建立了钢筋混凝土板水下接触爆炸全耦合精细模型,并通过水下接触爆炸现场试验,分析了水下接触爆炸荷载冲击下钢筋混凝土板的动态破坏全过程,探究了混凝土板内压力时程变化过程。结果表明:所建仿真耦合模型能够较好地描述水下接触爆炸下的爆炸冲击波传播以及钢筋混凝土板毁伤破坏过程;水下接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板出现严重的冲切损伤,爆心区域板完全破碎、脱落,混凝土板整体变形较大,且内部配筋出现了较大的形变。

综合管廊燃气爆炸对下穿隧道结构安全性的影响研究

针对综合管廊燃气爆炸时下穿隧道可能遭受破坏的风险,首先通过野外管廊燃气爆炸试验确定综合管廊超压时程,而后建立综合管廊-土体-下穿隧道整体三维有限元模型,并在综合管廊燃气舱内壁施加荷载,计算分析了下穿隧道的动力响应规律。结果表明:野外管廊燃气爆炸试验实测超压峰值高达0.63 MPa,且升压和降压持续时间均为0.1 s左右;隧道衬砌拱顶区域最先受到冲击,衬砌位移随时间的增大而增大,而衬砌应力则在超压峰值时刻达到最大,且隧道平行下穿时的衬砌应力超过正交下穿时的3.5倍;随着隧道和管廊间距的增大,隧道动力响应如衬砌应力、振动速度等均逐渐减小,且隧道正交下穿管廊时的减小趋势更明显;综合考虑各因素的影响,建议优先考虑隧道正交下穿综合管廊,且隧道与管廊的安全距离控制在7 m以上。研究结果可为综合管廊抗爆及下穿隧道工程设计等提供参考。

基于无人机平台的空中大气电场探测方法研究

针对空中大气电场监测需求,研究了基于多旋翼无人机平台和MEMS电场传感器的空中大气电场探测方法。介绍了无人机空中大气电场探测原理,建立了邻近雷击电场模拟装置(场模拟器)模型,仿真分析了无人机在雷暴强静电场环境下的适应性及无人机对周边区域电场的影响,确定无人机轴心正下方约90 mm处为MEMS传感器的最佳挂载位置。邻近雷击模拟环境下静电场和脉冲电场的测试结果表明:无人机空中大气电场探测系统能够在模拟静电场环境下准确探测到静电场随高度的变化,且能探测到避雷针接闪过程中的持续放电现象,证明了无人机平台空中大气电场探测方法有效,可用于空中大气电场的精确探测及雷电邻近预警。

爆炸性粉尘环境用防爆场车粉尘防爆特殊要求及检验

为确保爆炸性粉尘环境用防爆场车的安全运行,基于粉尘防爆电气设备防爆原理介绍了防爆场车的粉尘防爆特殊技术要求,提出了爆炸性粉尘环境用防爆场车的检验方法。

地面核爆炸低频强磁场模拟试验系统

地面核爆炸产生的低频强磁场穿透能力强，防护难度大，是工程电磁脉冲防护的重点，而低频强磁场的模拟是磁场效应与工程防护研究的重要条件。采用高压电容对大型螺线管放电的方法，可在大空间产生低频脉冲强磁场。介绍采用该方法建立的地面核爆炸低频强磁场模拟试验系统的原理、系统组成及功能、主要性能指标、关键技术及用途，并给出典型试验的方法。

爆炸近区荷载模拟试验技术研究进展

精确制导武器的发展,实现了对目标的精准定位、精确打击,直接将战场重要防护目标置于弹药近区爆炸作用范围内。爆炸近区能量密度大、荷载峰值高、加载速率快,呈现出强烈的非线性,已不能利用相似律等现有理论进行分析,而已建试验设备远不满足实现爆炸近区荷载精确模拟的条件。系统总结分析了在实验室环境下采用非爆炸手段模拟爆炸近区荷载的最新研究进展,指明高速驱动液压撞击是目前爆炸近区荷载模拟更为有效的试验技术,具有明显优势,以期为爆炸近区毁伤效应试验技术研究提供参考。