典型密闭装置内爆炸试验及其数值模拟

摘要

本文通过密闭钢筋混凝土内爆炸试验，分析密闭结构内爆炸冲击波的传播规律和内壁荷载分布规律;并利用Ansys/ls-dyna软件进行了密闭钢筋混凝土内爆炸的数值模拟。
　　 本文主要研究成果及结论如下:
　　 (1)简述了密闭结构内爆炸国内外的研究现状，说明密闭结构内爆炸研究的理论和实际工程意义。
　　 (2)概述爆炸冲击波基础理论，开展了密闭钢筋混凝土装置内爆炸试验，得到不同测点的超压时程曲线，分析得出:测点超压时程曲线不再是简单的单峰脉冲，在不同测点位置出现了多峰特性，首个脉冲超压峰值也不是最大的，而且冲击波的宏观脉动现象非常明显。冲击波更加容易汇聚于密闭空间的狭长位置，面与面相交棱线附近。棱线附近的不同位置超压波形和比冲量值都是不一样的。
　　 (3)介绍了小样本测量标准不确定度的灰色评定，并以此分析内爆炸试验数据，认为此次试验结果的可靠性和可信度都较高。
　　 (4)在试验的基础上，利用Ansys/ls-dyna数值计算，动态模拟内爆炸冲击波的传播和冲击波的反射、相互作用、汇聚情况;同时利用试验数据标定数值模拟的各项仿真参数，模拟计算不同药量下各测点的超压时程及比冲量，建立峰值超压和比冲量值随比例距离（爆心距相同，药量不同）变化的数学模型。也从定性和定量两个方面分析了不同尺寸结构模型对内爆炸冲击波传播规律、冲击波空间分布规律、内壁荷载分布规律的影响。计算结果表明:模型300-80-80(长×宽×高:300cm×80cm×80cm的长方体模型)的首个脉冲超压峰值并没有随比例距离的增加而逐渐衰减，数据变化比较分散、没有规律性。其它全部模型的首个脉冲超压峰值随比例距离的增大而按照幂函数规律衰减，且衰减指数约为2，即首个脉冲超压峰值沿长度方向受到结构的影响比较小。然后，对比了首个脉冲超压峰值与后续脉冲超压峰值，可得，不同尺寸的密闭结构在不同的比例距离位置都出现了多峰特性，而且当结构的长宽（高）比例相同时，小尺寸模型的超压时程更早出现多峰特性。因此，在考虑冲击波毁伤效应时不仅要考虑初始脉冲的作用，更要考虑冲击波后续脉冲的毁伤作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 爆炸空气冲击波基本理论

2．1 引言

2．2 空气冲击波的形成及传播特性

2．3 空气冲击波主要特征参数的计算

2．3．1 冲击波超压的计算

2．3．2 正压作用时间

2．3．3 比冲量

2．4 冲击波的反射及其相互作用

2．4．1 冲击波正反射

2．4．2 冲击波斜反射

2．5 本章小结

3 密闭钢筋混凝土内爆炸试验

3．1 引言

3．2 试验装置与测试系统

3．3 试验方案

3．4 试验结果及数据分析

3．4．1 试验基本情况

3．4．2 试验结果及数据分析

3．5 本章小结

4 试验数据标准不确定度的灰色评定

4．1 引言

4．2 灰色系统理论

4．2．1 灰色动态模型

4．3 试验数据标准不确定度灰色评定

4．3．1 评定基本原理

4．3．2 测量标准不确定度灰色评定步骤

4．3．3 内爆炸试验数据不确定度计算

4．4 本章小结

5 密闭装置内爆炸数值模拟及尺寸效应分析

5．1 引言

5．2 LS-DYNA简介

5．3 典型密闭装置内爆炸的数值模拟

5．3．1 建模分析

5．3．2 材料模型及参数的确定

5．3．3 计算结果分析

5．4 不同药量内爆炸荷载特征参数对比

5．5 结构尺寸效应对内爆炸荷载特性参数的影响

5．5．1 缩小结构高宽尺寸对内爆炸荷载特性参数的影响

5．5．2 放大结构长度尺寸对内爆炸荷载特性参数的影响

5．6 本章小结

6 结束语

6．1 结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

附录