下载文档原格式
爆炸波影响地下结构的数值模拟方法随着现代建筑技术的不断发展，地下建筑已经成为城市建设的重要组成部分。
但是，地下建筑所承受的风险也越来越大，其中一种风险就是地下建筑在爆炸事故中所受到的影响。
为了解决这一问题，科学家们利用数值模拟方法对爆炸波对地下建筑的影响进行了研究。
首先，我们来了解一下数值模拟方法。
数值模拟方法是指利用数值计算手段对某种现象物理过程进行模拟，并根据模拟结果推断出有关现象特征和规律的一种方法。
在地下建筑的设计和建设过程中，数值模拟方法可以对地下结构在爆炸波侵袭下所承受的动态荷载和应力响应进行预测和评估，为设计者提供重要的参考依据。
然后，我们看一下爆炸波的特征。
爆炸波是指在爆炸过程中由于物质燃烧、爆炸和膨胀所产生的大气波和地面波。
它具有爆炸源、震源和冲击波等特征，并具有高温、高压、高速等性质。
爆炸波是地下建筑所面临的主要威胁之一，其冲击力和能量与地震相当，对地下结构的破坏性极大。
接着，我们来探讨一下数值模拟方法在地下建筑抗爆设计中的应用。
在使用数值模拟方法进行研究时，需要进行复杂的计算和分析，包括几何建模、材料模型、边界条件、计算参数等方面。
其中需要关注的重点包括：地下建筑的结构形式、强度及刚度；使用的材料种类及物理特性；地下水位、地下岩体、地下空气等自然条件对建筑物的影响等。
通过数值模拟，可以预测地下结构在不同爆炸载荷作用下的响应，计算地下结构的变形、应力、应变、破坏形式、破坏程度以及失效模式等，从而理解其特点和机理，为抗震抗灾提供科学依据。
最后，我们介绍一下数值模拟方法在实际工程中的应用。
众所周知，地下建筑的设计和建设需要考虑大量因素，而爆炸波的影响是其中一个重要因素。
在实际工程中，我们可以利用数值模拟方法进行设计优化，通过分析不同材料的选择、不同结构形式的设计以及合理的地下降水排放方案等，提高地下建筑的抗爆性能。
总之，数值模拟方法在地下结构抗爆设计中是一种主要的科学手段，通过对爆炸波对地下建筑的影响进行数值模拟，可以为地下建筑提供重要的抗震抗灾设计参考。
施工爆破地振动波传播规律的数值模拟分析1 工程概况龙头山隧道左右线进口最小净距23m ，洞身左右线最大净距51m ，出口最小净距20.8m 。
龙头山隧道采用光面爆破开挖，根据不同围岩类别采用不同的炮眼布置和不同的装药量。
Ⅳ、Ⅴ类围岩采用台阶法开挖，掏槽眼3.5m ，其它眼深度3.3m ，预计进尺3.0m 。
采用非电毫秒雷管及2号岩石硝铵炸药。
Ⅳ、Ⅴ类围岩采用四臂台车钻孔，孔径Φ43mm ，周边眼采用Φ25mm 药卷间隔装药。
Ⅳ、Ⅴ类围岩爆破孔布置如图1所示，掏槽眼布置图如图2所示。
（一）部掏槽眼采用连续装药结构，布设10个孔，平均每孔装药量2.34kg ，小计装药量总合23.4kg 。
起爆雷管段别为1、3。
图1 Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖炮眼布置图图2 掏槽眼布置图掏槽眼段采用2号岩石硝铵炸药，其爆速为3000m/s ，密度为1g/cm 3。
计算输入参数如表1所示。
完整岩石的力学参数 表12 计算模型的建立根据龙头山地质剖面图，截取一定范围纵向160m ，横向近500m ，高度模拟一定坡度建立如图3所示计算模型图。
模型共划分节点，单元95158个。
其中对已经施工完成的结构用板单元模拟，定义成弹性材料属性。
围岩采用实体单元建模，并且定义材料属性为摩尔-库仑。
边界采用曲面弹簧单元模拟。
图4为隧道网格图，图5为隧道内部结构图，图6为油库位置图，图7为模型网格图。
计算采用MIDAS-GTS 有限元分析软件进行。
对于爆破振动引起的冲击荷载，采用时程函数来模拟，并转化成作用到孔壁上的孔壁压力，图8给出了计算过程中施加在爆破面上的面压力。
它是一个时程函数。
其荷载衰减形式如图9所示。
模型模拟情况为：沿隧道开挖方向取Ⅱ类围岩60m，Ⅲ类围岩40m，Ⅳ类围岩40m，Ⅴ类围岩20m。
其中左右线二衬施作完成10m，拆除临时支撑但尚未施作二衬段30m，临时支撑尚未拆除段30m，30m仅开挖了两侧壁上台阶导洞段30m，即爆破面距离临时支撑最近位置为30m。
文章编号:1006-7051(2005)02-0010-04爆炸力学中的数值模拟技术时党勇1,刘永存2,徐建华1(11工程兵指挥学院,江苏徐州221004;21总装工程兵科研一所,江苏无锡214035)摘 要:总结和概括爆炸力学中数值模拟技术的特点和发展现状,分析和探讨爆炸力学数值模拟技术的重要地位和发展趋势,并对爆炸力学常用数值模拟软件做简单介绍。
关键词:爆炸力学;数值模拟;综合述评中图分类号:038;TP39119 文献标识码:ANUM ERICAL SIMULA TION TECHNOLO GY OF EXPLOSIV E M ECHAN ICSS HI Dang 2yong 1,L IU Yong 2cun 2,X U Jian 2hua1(11Com m and Instit ute of Engi neeri ng Corps of PL A ,X uz hou 221004,Jiangsu ,Chi na ;21The Fi rst Engi neeri ng Scientif ic Research Instit ute of General A rm amentsDepart ment ,W uxi 214035,Jiangsu ,Chi na )ABSTRACT :The features and development status of numerical simulation technology of explosion mechanics are summarized in this paper ,focusing on the discussion of its importance and development trend 1As a conclusion the paper gives a brief introduction to some common used numerical simulation software in explosive mechanics.KE Y WOR DS :Explosion mechanics ;Numerical simulation ;G eneral review收稿日期:2005-01-31作者简介:时党勇,硕士,主要从事地雷爆破装备器材教学和论证研究。
防爆挡墙对爆炸空气冲击波防护效应的数值模拟研究本文采用ANSYS/AUTODYN软件，研究了爆炸空气冲击波的衰减规律和防爆挡墙对冲击波的防护效应。
分别在無挡墙及有挡墙防护的条件下，对爆炸形成的空气冲击波作了计算分析，并考虑了两种尺寸的防爆挡墙对爆炸冲击波防护效应的作用及影响。
模拟结果表明，爆炸空气冲击波衰减的规律与经验公式对比存在一定的可信范围内的误差；一座科学、合理设置的防爆挡墙确实能起到降低冲击波危害的效果，而改变挡墙的尺寸，可以影响防护效果的好坏。
通过分析和模拟结果，可以为爆炸安全的研究提供一定的依据和参考。
标签：爆炸冲击波防爆挡墙数值模拟0 引言近几年由于蓄意破坏或人为失误所造成的爆炸事故不断发生，而爆炸对建筑物的损伤与破坏造成了巨大的生命和财产损失。
因此，对于易于遭受爆炸破坏的建筑物需要进行抗爆设计与加固[1]。
防爆挡墙可以减弱炸药爆炸产生的冲击波、碎片对建筑的危害。
构筑防爆挡墙是抗爆设计的方式之一。
为了研究爆炸空气冲击波的传播规律，验证防爆挡墙对爆炸空气冲击波的防护效果是否有效，进一步了解爆炸空气冲击波在有阻碍物条件下的传播规律，本文应用非线性显示有限元分析软件AUTODYN建立了爆炸冲击波在三种情况下，即无防爆挡墙、有防爆挡墙和宽度及高度增大了的防爆挡墙的传播模型，进而分析防爆挡墙对爆炸空气冲击波的防护效应及影响因素。
1 防爆挡墙的作用1.1 爆炸破坏因素爆炸事故发生时，引起破坏的因素大致如下：爆炸产物的直接作用；空气冲击波峰值超压和冲量的作用；固体抛掷物如石头、碎片向四周飞散的作用；地震波的传播。
一般来说地震波的破坏远小于空气冲击波的作用；物体离爆炸点较远时，爆炸产物作用不到，对物体无影响；砖石、碎片等固体抛掷物，对物体仅能造成局部破坏，所以，在研究爆炸安全时，主要考虑空气冲击波的破坏作用，其次考虑固体抛掷物的作用，再次考虑爆炸产物的作用，最后才考虑地震波的作用。
1.2 防爆挡墙的作用与意义从爆源自身防护安全和周围建筑物、人员安全两个方面考虑，易遭受爆炸破坏的建筑物附近应设置防爆挡墙。
空间爆炸冲击波的数值模拟空间爆炸冲击波的数值模拟⼀：⽆限空间爆炸如图所⽰，半径为7.0cm的圆柱形TNT装药，质量为5.018Kg从炸药中⼼单点起爆后在⽆限空间中传播。
试分析起爆后冲击波的传播及压⼒分布特性。
⼆：建模分析1材料模型及参数设置本数值模拟采⽤的基本材料为TNT炸药，空⽓。
在⽆限空⽓领域中传播。
1）空⽓空⽓简化为⽆粘性理想⽓体，冲击波的膨胀假设为等熵绝热过程以LS_DYNA中的*MAT_NULL材料模型和线性多项式状态⽅程*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL⽅程来描述。
*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL⽅程具体表达式为：式中C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6是与⽓体性质有关的常数，C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = C6 = 0, ;，、e0及分别为⽓体的初始密度、密度、初始单位体积内能和绝热指数。
空⽓材料的模型参数取值：=1.292910-3g/cm3, e0=2.5×105Pa,=1.4。
表 1 空⽓状态⽅程参数2) 炸药以LS_DYNA 中的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和*EOS_JWL⽅程模拟TNT炸药。
*EOS_JWL⽅程的表达式为：式中，P为压⼒，V为相对体积，即爆轰产物体积与炸药初始体积之⽐；E0为炸药的初始⽐内能，即单位体积内能。
A、B R1、和R2是与炸药性质有关的常数。
炸药模型的各参数取值：密度g/cm3, 爆速D=0.693cm/, 压⼒PCJ=0.27105MPa，A=3.74105MPa, B=0.0733105MPa,R 1=4.15,R2=0.95,=0.3,0=0.07105MPa。
如下表：表2 炸药材料参数变量MID RO D PCJ BETA K G SIGY表3 JWL⽅程参数变量EOSID A B R1 R2 OMEG E0 V数值 1 3.74 0.073 4.15 0.95 0.3 0.07 1.0由于LS_DYNA在爆炸分析中⽤的基本单位为-ｇ-的单位系统，故表1-3中各参数取值由m-㎏-s单位换算得到。
瓦斯爆炸冲击波传播过程的数值模拟张玉周１，２姚斌１叶军君１（１．厦门大学机电工程系，福建厦门３６１００５；２．集美大学机械学院，福建厦门３６１０２１）摘要：建立瓦斯爆炸沿巷道传播的分析模型，运用ＤＹＴＲＡＮ软件进行分析，得到瓦斯爆炸冲击波沿巷道的传播过程的参数变化及障碍物表面的等效应力分布。
结果表明，应用ＤＹＴＲＡＮ可以很好地模拟瓦斯爆炸传播过程及冲击波对障碍物的短暂的瞬态动力学过程，对进行矿难救生系统的设计研究有重要意义。
关键词：瓦斯爆炸冲击波衰减规律破坏效应数值模拟ＤＹＴＲＡＮ中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－４８０１（２００７）０３－０２８－０３１前言矿难始终是困扰矿产开采企业的一大难题，每年国家都因为矿难付出了巨大的生命和财产代价。
研究表明，矿难的发生主要有两种原因，一是矿内瓦斯爆炸或粉尘爆炸，二是矿内透水。
瓦斯爆炸是目前煤矿安全生产中最主要的灾害。
多年来，国内外学者对瓦斯爆炸机理及传播规律，以理论及试验方式做了大量研究。
本文是通过计算机模拟的方法，建立了瓦斯爆炸沿巷道传播的分析模型，运用ＤＹＴＲＡＮ软件对冲击波的衰减规律及破坏效应进行分析。
分析表明，在冲击波传播过程中，未燃气体被压力波锋面压缩后，密度急剧增大，压力迅速上升，此后由于摩擦和粘性作用，压力波波阵面压力处于衰减状态，最后衰变为声波，压力下降到常压；障碍物对冲击波传播有激励作用，障碍物表面的冲击载荷、等效应力的衰减并不是单调的，而是象阻尼震荡一样不断衰减。
瓦斯爆炸冲击波衰减规律及破坏效应的模拟分析为矿难救生系统的研究及设计提供了仿真的实验环境，一定程度上弥补了无法真实爆炸的不足。
２瓦斯爆炸冲击波传播的物理模型根据研究，在一条水平巷道中矿井瓦斯爆炸冲击波从空间上可以分成以下三个区段［３］，如图１所示。
由此可画出矿井瓦斯爆炸传播的物理模型。
假设爆炸在平巷发生，巷道简化为一端封闭一端开口的管状空间，左侧为爆炸区。
应用于冲击、爆炸的数值方法1. 有限元方法是一种常用的数值方法，用于模拟冲击和爆炸过程。
它将连续介质划分为有限数量的小单元，并利用它们之间的相互作用来模拟结构的响应。
2. 欧拉法是一种用于数值模拟爆炸物质在空间中传播的方法。
它基于流体动力学方程，并适用于模拟高速冲击波和爆炸波的传播。
3. 使用激波方程求解器进行数值模拟，可以有效地模拟爆炸产生的压力波在介质中的传播，从而帮助分析爆炸对周围环境的影响。
4. 基于拉格朗日方法的数值模拟可以很好地描述物体在受到冲击或爆炸作用时的变形和破坏行为，对于工程结构的破坏分析具有重要意义。
5. 采用随机方法进行数值模拟可以考虑到冲击和爆炸事件中的随机性以及不确定性，从而更为全面地分析可能的风险和损失。
6. 粒子法是一种能够较为准确地模拟爆炸和冲击波传播的数值方法，它将物质视为一系列离散的质点，通过计算它们之间的相互作用来模拟介质的变形和移动。
7. 计算流体动力学（CFD）方法是一种适用于模拟爆炸和冲击波传播的数值方法，它基于连续介质假设，通过求解流体动力学方程来模拟介质的行为。
8. 有限差分法是一种常用的数值方法，适用于模拟冲击和爆炸事件中传播的波动，它将空间和时间离散化，通过数值求解差分方程来模拟物质的响应。
9. 爆炸事件的数值模拟也可以采用热-力学耦合模型，考虑介质在压力波传播过程中的温度和热传导等因素，从而更全面地描述爆炸对周围环境的影响。
10. 基于网格的数值方法适用于模拟冲击和爆炸事件中介质的变形和破坏行为，它将空间划分为有限数量的网格单元，并通过计算它们之间的相互作用来模拟介质的响应。
11. 采用多物理场耦合的数值模拟方法可以考虑到介质在受到冲击和爆炸作用时的多种物理过程，如力学变形、热传导、化学反应等，从而更准确地描述介质的行为。
12. 使用移动网格方法进行数值模拟可以更好地描述介质在受到爆炸作用时的大变形和破碎行为，对于冲击和爆炸事件的模拟具有很高的适用性。
