爆炸的破坏形式及破坏力

（4-3A） 3A）
为比容： 其中 V为比容：V = 1/ ρ
如果介质为理想气体，则其状态方程为： 如果介质为理想气体，则其状态方程为：
PV = RT
理想气体的内能为： 理想气体的内能为：
（4 - 4 ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PV e= k −1
代入（ 3A） 代入（4-3A）得：
P (k +1)V0 − (k −1)V1 1 = P (k +1)V1 − (k −1)V0 0
空气冲击波压力曲线
表3-10 不同超压冲击波对建筑物的破坏程度
破坏 等级 1 2 3 4 5 6 7 8 砖木结构完全破坏 砖墙部分倒塌或缺裂、土房倒塌 砖墙部分倒塌或缺裂、 木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉， 木结构梁柱倾倒，部分折断，砖结构屋顶掀掉，墙部 分移动或裂缝， 分移动或裂缝，土墙开列或部分倒塌 木板隔墙破坏，木屋架折断，顶棚部分破坏 木板隔墙破坏，木屋架折断， 门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉， 门窗破坏，屋面瓦大部分掀掉，顶棚部分破坏 门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉， 门窗部分破坏，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，顶棚抹 灰脱落 砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动， 砖墙部分破坏，屋面瓦部分翻动，顶棚抹灰部分脱落 房屋玻璃完全无损 建筑物破坏程度 超压∆ 超压∆Pk/105pa >2.0 1.0~2.0 0.5~1.0 0.3~0.5 0.15~0.3 0.07~0.15 0.02~0.07 0.001~0.05
（4）冲击波特点： 冲击波特点： （1）冲击波波阵面前后介质状态在极小范围 内发生突跃变化，其差值为有限量； 内发生突跃变化，其差值为有限量； （2）冲击波传播速度永远大于未扰动介质中 的声速；对于已扰动介质， 的声速；对于已扰动介质，其传播速度小于该 介质当地声波速度； 介质当地声波速度； 冲击波波速与其强度有很大关系， （3）冲击波波速与其强度有很大关系，而声 波则不然。 波则不然。 没有外界能量的支持， （4）没有外界能量的支持，冲击波传播因消 耗能量而逐渐衰减为音波而趋于消失。 耗能量而逐渐衰减为音波而趋于消失。
它直接造成机械设备、装置、容器和建筑物 的毁坏和人员的伤亡，后果往往是严重的。 机械设备和建筑物被冲击后，会变成碎片飞 出。碎片一般在100m~500m内飞散，会在相当范 围内造成危险。在一些爆炸事故中。由于爆炸碎 片击中人体造成的伤亡常占较大的比例。
4.1.2 冲击波的破坏作用 冲击波的形 成 爆炸物质爆炸时．产生的高温高压气体产物 以极高的速度膨胀，象活塞一样挤压其周围空气， 把爆炸反应释放出的部分能量传给这压缩的空气 层，空气受冲击而发生扰动，使其压力、密度等 产生突跃变化，这种扰动在空气中传播就成为冲 击波。
超压∆ 超压∆Pk/105pa <0.2 0.2~0.3 0.3~0.5 0.5~1.0 >1.0 损伤程度 无伤 轻微挫伤 听觉器官损伤，中等挫伤骨折等 听觉器官损伤， 内脏严重挫伤，可引起死亡 内脏严重挫伤， 可大部分死亡 损伤等级 无伤 轻微 中等 严重 极严重
普通炸药在空气中爆炸，使人致死距离可按 下式估算：
Rm = 1.1 W b Rm = 2.7 W b
W < 300kg b W > 300kg b
Rm—使人致死距离，m；
4.1.3 造成火灾
爆炸发生后，爆炸气体产物的扩散只发生在 极其短促的瞬间，对一般可燃物来说，不足以造 成起火燃烧，而且冲击波造成的爆炸风且还有灭 火作用。但是建筑物内遗留大量的热或残余火苗， 会把从破环的设备内部不断流出的可燃气体或易 燃、可燃液体的蒸气点燃，也可能把其它易燃物 点燃引起火灾。
为防止冲击波对周围建筑物的破坏，可确 定一个距爆炸物质存放地点的安全距离。安全距 离可参考下式进行计算：
Rs = K W b
Rs—周围建筑物距爆炸物质的安全距离，m； Wb —炸药重量（kg） K一安全系数。安全系数K的值决定于建筑物 所要求的安全等级及周围有无防爆土围墙。K值参 见表3-11。
通过动物试验得知，冲击波对人体的伤害作用 主要是破坏人体血管、肺细胞及支气管，亦能伤害 胃肠及隔膜。 冲击波对人损伤程度
现分析每道波的波速。 现分析每道波的波速。
D = c0 + v0 1 道波： 第2道波： D2 = c1 + v1 道波： 第n道波： Dn = cn−1 + vn−1
第1道波： 道波： 根据压缩波特性，显然有： 根据压缩波特性，显然有：
vn−1 > ... > v2 > v1 > v0
Qc = kRT ,∴cn−1 > ... > c2 > c1 > c0
dp 声速 c = dρ
对于理想气体 c = kRT
以上提到的压缩波、稀疏波以及声波， 以上提到的压缩波、稀疏波以及声波， 都有一个共同特点： 都有一个共同特点：波阵面处的状态参数是 个微分量， 个微分量，未扰动区到扰动区的状态参数是 渐变的，这种扰动称为弱扰动， 渐变的，这种扰动称为弱扰动，这些波都称 弱扰动波。 为弱扰动波。 弱扰动波的波速度均等于该介质中的声速。 弱扰动波的波速度均等于该介质中的声速。
第4讲 爆炸的破坏形式及破坏力
§4.1 爆炸的破坏形式 爆炸的破坏形式通常有直接爆破作用、冲 击波的破坏作用和火灾等三种。 4.1.1 直接的爆破作用 爆炸物质爆炸后对周围设备和建筑物的直接 的破坏作用。 这种破坏作用的大小决定于爆轰波阵的压力 和爆炸压力的大小以及爆炸产物在作用目标上所 产生的冲量。
§4.2 冲击波 （1）压缩波的基本概念
P P P1 扰 P0 x 动 区
未扰动区
P0 x
F
在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0的气体， 当活塞在压力F的作用下向右运动时，会在活塞 中产生一个自左向右传播的波， 扰动传播后， 使介质状态参数(P、ρ、T)增加，这样的波称为 压缩波。反之，波阵面过后使介质状态参数(P、 ρ、T)降低的波，称为稀疏波。 声波——扰动区内介质质点运动是振动的， dp c= 即有周期性，有压缩也有稀疏， dρ 所以既不是压缩波也不是稀疏波。
P − P = ρ0 (D − u0 )(u1 − u0 ) 1 0
（4 - 2 ）
由能量守恒定律： 由能量守恒定律：系统内能量的变化应等于 外力所做的功，介质的能量是其内能和动能之和。 外力所做的功，介质的能量是其内能和动能之和。
1 1 2 ρ1(D − u1)[e1 + (D − u1) ] − ρ0 (D − u0 )[e0 + (D − u0 )2 ] 2 2 （4 - 3 ） = P (D − u0 ) − P (D − u1) 0 1
（2）冲击波的形成
当活塞从静止状态向右作等加速度运动 活塞右侧邻近的介质首先受到压缩， 时，活塞右侧邻近的介质首先受到压缩，压 力、密度增大，这种状态的变化向右传播开 密度增大， 形成一右行弱压缩波。 去，形成一右行弱压缩波。 当活塞再作等加速运动时， 当活塞再作等加速运动时，则在已经被 第一个弱压缩波扰动过的介质中又有一个新 的弱压缩波传播。 的弱压缩波传播。 显然，倘若活塞做连续等加速度运动， 显然，倘若活塞做连续等加速度运动， 便有一系列相应的弱压缩波向右传播， 便有一系列相应的弱压缩波向右传播，介质 状态发生连续的变化。 状态发生连续的变化。
冲击波的破 坏 冲击波的传播速度极快，它可以在周围环境 中的固体、液体、气体介质(如金属、岩石、建 筑材料、水、空气等)中传播。 在传播过程中，可以对周围环境中的机械设 备和建筑物产生破坏作用和使人员伤亡。冲击波 还可以在它的作用区域内产生震荡作用，使物体 因震荡而松散甚至破坏。
冲击被的破坏作用主要是由其波阵面上的超 压引起的。在爆炸中心附近，空气冲击被波阵面 上的超压可达几个甚至十几个大气压。冲击波在 传播过程中超压降低很快。
（5）冲击波的超压 冲击波的波阵面上的超压与产生冲击波的能量 有关。在其它条件相同的情况下，气体爆炸能量越 有关。在其它条件相同的情况下， 冲击波强度越大，波阵面上的超压也越大。 大，冲击波强度越大，波阵面上的超压也越大。 在平坦地形条件下，可按下式计算超压： 在平坦地形条件下，可按下式计算超压：
（3）冲击波的基本方程
平面正冲击波的传播
根据质量守恒定律， 根据质量守恒定律，单位时间内流入与 流出波阵面的物质的质量相等。 流出波阵面的物质的质量相等。即：
ρ0 (D − u0 ) = ρ1(D − u1)
（4 - 1 ）
根据动量守恒定律， 根据动量守恒定律，运动物体动量的变 化等于外力作用的冲量。： 化等于外力作用的冲量。：
（4-3B） 3B）
其为理想气体的冲击波绝热方程或Hugoniot 其为理想气体的冲击波绝热方程或Hugoniot 方程。其中绝热指数， 一般取1.4. 方程。其中绝热指数， k = cp / cv，一般取1.4.
V0 V
将方程（ 3B）绘在P 将方程（4-3B）绘在P-V图，得到一向上凹的曲线， 得到一向上凹的曲线， 称为空气冲击波绝热曲线。 称为空气冲击波绝热曲线。 将方程（ 2A）绘在P 将方程（4-2A）绘在P-V图，得到一直线，称为波速线。 得到一直线，称为波速线。 冲击波绝热曲线是不 冲击波绝热曲线是不 同强度的冲击波通过同一 介质初态时， 介质初态时，所达到的一 系列终态点联成的曲线， 系列终态点联成的曲线， 而不是过程线。 而不是过程线。 冲击波的波速线是相 冲击波的波速线是相 同的冲击波传过具有同一 初始状态的不同介质所达 到的终点状态的连线 冲击绝热曲线方程和波速线
可见，当活塞做连续加速运动时， 可见，当活塞做连续加速运动时，在其右 侧便产生一系列的压缩波，并且后者的波速大 侧便产生一系列的压缩波，并且后者的波速大 于前者的波速，后波追赶前波，一旦后面的压 于前者的波速，后波追赶前波， 缩波都赶上了第一个波， 缩波都赶上了第一个波，便迭加形成了压力突 跃升高的冲击波，它的波阵面是突跃面， 跃升高的冲击波，它的波阵面是突跃面，波阵 面上压力、密度、 面上压力、密度、温度和介质运动速度等参数 都突跃升高。 都突跃升高。 由此得出，冲击波是波阵面过后，介质状 由此得出，冲击波是波阵面过后， 是波阵面过后 态参数突跃变化的一种强压缩波。 态参数突跃变化的一种强压缩波。 波阵面的传播速度称为冲击波波速 冲击波波速。 波阵面的传播速度称为冲击波波速。