长直坑道内爆炸冲击波相似规律研究

通过长直坑道内炸药爆炸后冲击波的超压峰值变化研究坑道内爆炸冲击波的相似规律。使用AUTODYN软件建立长直坑道仿真模型,采用映射方法将3.25 kg当量的球形TNT炸药在空气中的爆炸状态映射到长直坑道中,采用经典试验结果对模型进行验证。根据几何相似原理,通过改变坑道尺寸、坑道截面形状、炸点位置和炸药当量建立多组不同的模型,模拟计算得到坑道内爆炸冲击波的超压峰值,分析超压峰值的相似规律。结果表明,保持坑道截面积不变、改变截面形状及保持爆心距与炸药当量的比值不变、改变炸药当量,各模型计算得到的冲击波超压峰值具有相似规律。采用本文方法可对其他满足几何相似原理的坑道内爆炸冲击波参数进行预测,为地下空间设施的安全设计提供参考。

液氧煤油推进剂爆炸特性研究

为研究液氧煤油推进剂在火箭加注过程中发生意外爆炸的危险性,本文开展了煤油与氧气掺混后爆炸的试验研究和等效TNT当量分析。通过对推进剂不同质量混合试样的爆炸试验,获得了距爆心不同位置处的冲击波超压曲线,并使用高速摄像对爆炸现象进行了分析。基于冲击波超压峰值等效TNT当量,利用AUTODYN有限元软件对试验工况进行了数值计算,研究了对应TNT当量爆炸工况下的冲击波传播规律。结果表明:液氧煤油爆炸所产生的冲击波冲量大于对应TNT当量爆炸所产生的冲量;液氧煤油爆炸TNT当量试验数据与传统经验公式的一致性较好。

TNT和温压炸药浅埋爆炸效应差异性研究

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.1 m和0.3 m时,温压炸药产生的爆坑体积分别是TNT的1.2倍和2.3倍。通过对测得的冲击波参数进行比较,分析得出:当埋深为0.1 m和0.3 m时,比例距离为1的测点处温压炸药产生的冲击波峰值压力分别是TNT的2.16倍和1.41倍;在研究范围内,比例距离和埋深变化对不同类型装药的冲击波冲量衰减量影响很小,但对衰减率有较大影响,当埋深从0.1 m增加为0.3 m时,2种类型装药的冲量衰减率都增加了近1倍。

同步器齿形参数对换挡冲击的影响

针对同步器换挡过程中出现的二次冲击问题,分析冲击产生的机理,利用AMESim软件建立同步器换挡仿真模型。分析齿宽、锁止角、切向间隙、背角4个齿形参数对同步器换挡冲击的影响,提出换挡时间、二次冲击力峰值、冲击度3个换挡冲击评价指标。引入正交试验和方差分析筛选出对换挡冲击影响显著的齿形参数。通过全因子试验得出评价指标的响应面近似模型,确定齿形参数最优水平方案。结果表明:齿宽和锁止角增大时,换挡冲击明显减小,切向间隙和背角对换挡冲击几乎没有影响。当齿宽为4.2 mm,锁止角为36°时,换挡冲击最小。

基于BP神经网络的爆炸用激波管峰值压力预测方法

针对爆炸用激波管缺乏相应的经验公式和数值模拟时效性差的问题,同时为了快速得到激波管内的峰值压力,建立预测爆炸用激波管试验段峰值压力的四层反向传播(back propagation,BP)神经网络。采用数值模拟方法计算激波管试验段峰值压力,计算结果与激波管爆炸试验结果进行对比,平均相对误差为2.69%。证明激波管数值模型的准确性后,将数值模拟得到的195组激波管测得的峰值压力作为输出层,激波管驱动段TNT的药量、药柱的长径比以及爆炸比例距离作为神经网络的输入层。为了加快神经网络迭代速度和提高预测精度,使用自适应矩估计(adaptive moment estimation,ADAM)算法作为神经网络误差梯度下降的优化算法。结果表明,训练好的神经网络得到的预测结果与模拟值基本吻合,预测结果与数值模拟结果的平均相对误差为3.26%。BP神经网络模型能够反映激波管爆炸的峰值压力与影响因素之间的映射关系,采用BP神经网络模型计算时比数值模拟节约了大量运算时间。

不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波衰减特性研究

为了研究不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波的衰减特性,采用高速摄像探究气泡帷幕在受到冲击波冲击后形态变化,结合冲击波压力时程曲线进行分析。结果表明,气泡帷幕中的气泡受到冲击波作用后会发生数次膨胀收缩行为,随着气流量增加,气泡膨胀的最大直径增大,第一次膨胀收缩周期变长;且气泡帷幕对水下冲击波压力有很强的衰减作用,气流量上升幅度越大,冲击波压力峰值衰减越明显,在气流量40 L/min下,冲击波峰值衰减高达88.98%;气流量大于20 L/min后,冲击波冲量衰减幅度均大于50.00%。针对气流量大小与压力峰值下降幅度的关系进行曲线拟合,提出适用于该工况下的经验方程,以期指导实际工程。

冲击试验机波形预测方法研究

在使用冲击试验机对产品进行考核时,其往往达不到规定脉冲波形的峰值加速度和脉宽,需要靠试验人员的经验以及多次重复试验进行调整。因此,为了在冲击试验前准确地预测冲击波形,节省调试时间和资源,提出了一种采用非线性回归模型对波形峰值加速度和脉宽进行预测的方法。首先,采用Mooney-Rivlin模型拟合了波形发生器超弹性本构参数,建立了冲击系统有限元模型,并进行了冲击试验,对有限元模型的准确性进行了验证;然后,采用有限元和正交实验法研究了波形发生器硬度、厚度、直径和冲击台跌落高度等参数对冲击波形的影响;最后,选用幂函数作为多元非线性回归的函数形式,并剔除了显著性较低因素项,建立了冲击波形峰值加速度和脉宽的预测模型,并通过冲击试验对预测模型的准确性进行了验证。研究结果表明:波形发生器的厚度和直径及其交互作用是影响冲击波形的主要因素;通过对比回归模型预测值与冲击试验数据,发现两者误差不超过10%,表明该冲击波形回归预测模型具有有效性。

爆炸冲击载荷下猪肺部的损伤特性

为了深入研究爆炸冲击波作用下生物体肺部的力学响应和损伤特性,首先建立了猪胸部有限元模型,借助新研制的PVDF(polyvinylidene fluoride)柔性冲击波压力传感器测试了激波管试验中动物的体表压力,验证了有限元模型的准确性。然后,使用已验证的模型开展了不同比例距离下猪肺部损伤特性研究,分析了在不同强度冲击波作用下肺部的损伤程度和损伤区域,并建立了胸肺部表皮压力峰值与肺损伤的关系。最后,通过开展爆炸试验,获得了不同比例距离下猪的肺部损伤情况和胸部表皮压力曲线,验证了所建立的胸肺部表皮压力峰值与肺损伤关系的正确性。

结构参数对闭口体系新型激波吹灰器工作特性的影响研究

锅炉吹灰器可以有效实现清除锅炉内部的积灰,提高锅炉运行效率,对锅炉安全运行具有重要意义。SPG型激波吹灰器是在传统激波吹灰器基础上发展而来的闭口体系新型高性能吹灰器,使用数值方法对该装置的可行性进行验证,并分析工作特性,可以为实际应用与改进提供参考。基于CFD技术,将SPG型激波吹灰器作为研究对象,使用动网格技术对设备内活塞的真实运动过程进行仿真模拟,利用Fluent软件模拟计算SPG型激波吹灰器内部流场的连续变化这一动态过程,并通过调整喷管、燃烧室以及压力蓄能器的结构参数,在出口处监测得到各部件结构参数变化对排气特性的影响规律,获取其工作特性。结果表明:喷管的长径比从2增加到4时,出口参数峰值出现滞后现象,但压力峰值与速度峰值获得显著提升,且喷管的扩张段改为直管可以降低膨胀损失,适当增加喷管长径比并直接连接直管是一种较好的方案;燃烧室径向和轴向壁面之间的间距缩短均可使出口压力峰值提高,但轴向距离缩短压力峰值增加幅度更大;在压力蓄能器中,去除阻尼装置压力提升较少,且无法减缓活塞复位,使排出气体减少,去除限位器后喷管出口压力大幅提高,但其峰值持续时间变短。

用于加速度传感器的气动活塞式冲击校准装置研究

基于比较校准法,研制了用于加速度传感器、包含机械冲击模块、冲击信号生成模块和测量控制模块的气动活塞式冲击校准装置。在关键参数分析计算和重要数学模型建立的基础上,对比不同种类波形发生器产生的冲击曲线结果,确定直径20 mm、厚度5 mm的羊毛毡为优选的波形发生器,其冲击峰值幅度和脉冲持续时间的重复性均不超过3%,达到国外同类产品的技术水平。同时,相对扩展不确定度符合ISO 16063—22规定的小于5%(k=2)的要求。

复杂坑道内温压炸药冲击波效应试验研究

通过在复杂坑道中进行温压炸药和TNT炸药爆炸试验,分别获得了冲击波峰值压力、冲击波冲量和热响应温度曲线。研究了温压炸药爆炸冲击波在复杂坑道环境内的传播规律,并对比分析了温压炸药和TNT炸药爆炸效应参数的特性。研究结果表明:复杂坑道冲击波超压曲线出现几个峰值,随着爆心距的增加,首峰不再是最大峰值;弯道不但能显著减小炸药爆炸冲击波峰值压力,而且还能增大冲击波冲量;温压炸药试样在坑道中的冲击波超压峰值、冲击波冲量及热响应温度普遍大于TNT炸药,并且出现了明显的二次燃烧现象。

界面对浅层水中爆炸冲击波峰值压力影响的研究

在水中爆炸试验研究的基础上 ,分析了爆炸冲击波峰值压力随比例水深、炸高、测高变化的规律。研究结果表明 ,水深对爆炸场冲击波值压力影响较小 。

轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法

爆破孔壁压力峰值是进行非流固耦合爆破动力响应分析的重要参数。针对轮廓爆破孔壁压力峰值的计算方法问题,理论分析了爆炸冲击波与弹性壁面的相互作用,推导了空气冲击波与弹性壁碰撞后压力增大倍数的理论解,并采用流固耦合动力有限元数值分析方法,研究了3种岩体介质、2种轮廓爆破常用炸药、5种常用不耦合系数、2种轴向装药系数工况下轮廓爆破的冲击波碰撞压力增大倍数和炮孔壁压力峰值。结果表明:轮廓爆破时,爆炸冲击波与孔壁碰撞后压力增大倍数并不是常值,与炸药特性、孔壁介质条件、不耦合装药系数等因素相关,孔壁压力峰值也与上述因素密切相关。基于模拟的孔壁压力峰值数据的统计分析,并结合理论推导成果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式,提出了一种新的轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法。

瓦斯爆炸过程中爆炸波的结构变化规律

在实验的基础上,研究了管内瓦斯爆炸过程中爆炸波结构变化规律。研究结果表明,管内瓦斯爆炸过程中所产生的爆炸波有两个峰值,第一峰值为爆炸波压力,第二峰值压力为火焰到达后加热气体升压所致。形成激波后,爆炸波两峰值往下游传播越来越靠近,测试结果与爆炸传播理论是相互验证的。

水底爆炸冲击波峰值压力数值仿真

为研究水底爆炸后冲击波峰值压力特性,在对其理论分析的基础上,采用了AUTODYN软件基于ALE和多物质场欧拉2种算法对炸药在水底爆炸冲击波压力进行了数值计算,2种方法计算结果吻合;与在无限水域条件下采用经验公式计算结果相比数值计算结果较大,说明海底的反射作用增大了水中的冲击波压力。

冲击波作用下乳化炸药压力减敏的表征方法

引入一个新的物理量———压力减敏程度,来更合理地表征乳化炸药发生压力减敏的难易程度,为研究其作用机理提供量化的分析工具。分别利用乳化炸药发生压力减敏前后的爆炸冲击波峰压及其对数、冲击波能量和总能量计算压力减敏程度,比较并分析计算结果的优劣。结果表明,几个参数计算的结果都能达到相近的效果,用冲击波峰压计算起来简单方便,冲击波能量计算效果较好。用冲击波参数计算的压力减敏程度能够反映乳化炸药压力减敏的本质,建议采用冲击波峰压计算压力减敏程度,在数值差别不明显时采用冲击波能量来计算。

岩体结构面对爆炸冲击工程响应的影响

基于裂隙岩体的结构面是矿山安全生产的重要影响因素,对爆炸冲击应力波的传播规律有重要影响,以铜坑矿岩体力学参数为基础,采用ANSYS/LS-DYNA软件,建立结构面厚度、倾角及结构面充填材料对爆炸冲击工程响应的数值模型,获取结构面对爆炸冲击下的工程响应特性,并基于神经网络构建结构面参数灰关联神经网络预测模型,确定结构面参数在爆破冲击工程响应的重要度。研究结果表明:结构面前、后测点的质点峰值振速的衰减度与结构面厚度呈指数函数,当结构面厚度为0,5,10,15和20 cm时,衰减度分别为0.365,1.508,2.303,2.418和2.443;结构面倾角对爆破冲击工程响应与衰减度呈正相关,当结构面倾角为30°,45°和60°时,衰减度分别为1.580,2.495和2.698;当结构面的充填材料为胶结、碎屑、泥质时,质点峰值振速的衰减度分别为2.303,2.458和2.598,与充填材料的强度呈负相关;3种因素的影响度由大到小依次为结构面厚度、倾角、充填材料强度。

空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟

通过对空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的已有研究成果进行比较分析,发现不同学者对其预测结果存在一定差别,并据此拟合总结出能较好地描述冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式。同时用LS-DYNA动力有限元软件模拟了2种不同装药量条件下空气中TNT炸药爆炸产生的冲击波的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果,装药量大的模拟结果更接近经验公式预测值。有必要对爆炸冲击波的参数和经验公式进行进一步的研究。

L-P摄动法在跌落冲击问题中的应用

本文先是试探性地将L -P摄动法对杜芬方程的一次渐近解应用于跌落冲击问题 ,结果很不理想。因此 ,提出一种新的解法 :将L -P摄动法与包装动力学的能量法相结合 ,以一次渐近解为基础 ,用一个初始条件和两个峰值条件确定积分常数。本文取了一个振幅修正系数 ,其作用是根据具体问题的具体情况调节基频与高频成分的比例关系。算例表明 ,用本文这种一次渐近解绘制的产品加速度时间曲线与椭圆积分法非常接近。在峰值。

浅水中爆炸水底介质对水中冲击波峰值压力影响的试验研究

作为评判水中爆炸冲击波强度的一个重要因素,水中冲击波峰值压力研究至关重要。在满足爆炸相似律的基础上对水中爆炸试验的相似要求进行推导,建立试验条件下水中冲击波峰值压力的回归模型。在两种水底介质、不同水深情况下进行试验,采集不同测点的水中冲击波的峰值压力,运用π定理和量纲分析、最小二乘法对试验数据进行分析,得出了符合爆炸相似律的公式,并验证了回归公式的准确性。通过显著性检验可知浅水中爆炸中测点和装药的距离对水中冲击波峰值压力的影响最大,水深因素的影响可忽略。对不同水底介质试验中的数据分析得出水底介质对峰值压力影响较大,软泥夹石水底试验中测得冲击波峰值压力约为软泥水底试验中冲击波峰值压力的4/3倍。