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3收稿日期:20070330作者简介:王云艳,工程师,本科,从事机械设计、安全工程研究。
文章编号:100926094(2007)0320105202爆炸空气冲击波在巷道转弯处的传播特性3王云艳,覃 彬,张 奇(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081)摘 要:为了探索爆炸空气冲击波在巷道内的传播规律,进行了数值计算和理论分析,讨论了爆炸冲击波通过45°弯曲巷道后的压力变化过程。
研究结果表明:爆炸空气冲击波通过45°弯曲巷道后的压力分布复杂,空气冲击波逐渐恢复为平面波需经过4倍等效巷道直径的距离传播。
在该4倍等效距离内,冲击波反射叠加,在巷道外侧壁面M ach 反射点取得超压最大值,恢复平面波以后超压随距离呈单调衰减。
关键词:安全工程;空气冲击波;爆炸;传播规律中图分类号:O35415 文献标识码:A0 引 言空气冲击波在巷道内的传播特征是研究地下爆炸灾害机理和预防地下爆炸事故的基础。
杨国刚等[1]进行了管内乙炔和空气混合气体爆炸实验,并建立了描述管内气云爆炸的理论模型,采用SI MP LE 算法进行了数值计算,计算结果与实验大致吻合。
杨科之等[2]利用三维数值模拟计算程序,对长坑道中的化爆流场进行了数值计算,归纳出空气冲击波沿坑道方向的传播规律,计算结果与试验结果符合较好,经验公式值得推广。
王来等[3]通过试验研究,得到了空气冲击波在直角拐弯通道中传播的衰减系数,同时,应用流体网格法进行了数值模拟,但结果还不够完整、全面。
庞伟宾等[4]通过实验研究建立了可以对高能炸药在坑道内爆炸的空气冲击波到时进行预计的公式。
该公式适用于爆点在固定横截面的直通道口外、口内及口部处爆炸的情况。
利用该公式可以求出空气冲击波在坑道中传播速度的变化。
本文通过数值计算,研究爆炸冲击波在45°巷道转弯处的传播过程,为井下爆炸灾害事故的预防、控制提供理论依据。
1 爆炸空气冲击波在直巷道内的传播规律111 计算模型和参数爆炸空气冲击波通过转弯处由原来的平面波经复杂的反射后压力重新分布,再经一段距离的传播逐渐恢复平面波。
密闭空间内爆炸冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性的数值仿真研究胡洋，康怀宇，禄宝荣(河北省矿井灾害防治重点实验室，华北科技学院，北京东燕郊101601) 摘要：本文以爆轰动力学、爆炸力学、结构动力学和爆炸力学计算方法等多个领域的理论为基础，选取典型密闭空间为研究对象，采用有限元方法，对密闭空间内冲击波传播规律及壁面爆炸载荷分布特性进行数值仿真研究。
研究成果揭示了密闭空间内冲击波流场的形成及波系的演变和冲击波叠加对壁面上爆炸载荷的影响。
关键词：内爆炸冲击波爆炸载荷密闭空间1.引言近年来随着世界各地恐怖事件的不断发生，国内外的大批学者们对建筑物内爆炸冲击波的传播机理以及对结构作用的爆炸载荷开展了大量的研究工作。
典型密闭空间内爆炸研究就是这些工作中很重要的一项，它主要针对的研究对象是城市中的大型商场、政府的行政机构大楼、大型地下停车场、地铁等[1][2]。
目前对于这类问题的研究大致有三种方法：理论计算、数值模拟和试验研究。
由于爆炸冲击波在密闭空间内发生正反射、斜反射甚至是马赫反射，并且伴随着反射波和入射波的叠加问题，因此密闭空间内爆炸流场十分复杂，很难建立一个准确的数学模型求得精确的解析解，因此数值模拟和试验的方法就得到了学者们广泛的应用。
通过调研了国内外大量密闭空间结构的资料[3－6]，确定了本文的计算模型，如图1 所示：图1 密闭空间结构计算模型该计算模型为长宽高分别为6m、3m、3m的长方体结构，壁面为0.15m厚的钢筋混凝土材料，计算药量为200gTNT炸药，装药位置在结构的几何中心，图1 中O点位置为任意一个观测点。
2.数值仿真算法及参数2.1 算法模型LS DYNA 程序具有Lagrange 、E uler 和ALE 算法[7]，在分析的问题中，很多情形涉及到流体的流动，同时也会涉及到高幅值的冲击波，对大变形材料采用拉格朗日型的有限元网格并非总是可行的，当结构周围环绕流体介质的单元基于拉格朗日型单元时，就会产生严重的变形，直接导致每次迭代计算时的时间步长变得很小，因此模型时间变得很长，而且由于计算网格的畸变，可能直接影响到计算精度甚至计算终止；欧拉型的有限元网格避免了网格畸变的问题，但是这种算法的网格数量过大，会占用很多的计算机资源； ALE 算法采 用了 Lagrange 和 Euler 两种算法执行自动重分区，当合适的网格变形时不进行重分区，而 当出现严重的网格变形时，将执行自动重分区恢复至初始状态，即 ALE 算法现执行一步或 者几步 Lagrange 计算，当单元网格随材料流动产生变形时执行 ALE 计算。
Part 01管廊抗震性能研究进展综合管廊承受的永久荷载为土压力、结构主体和内置管线自重，可变荷载为地面车荷载、人群荷载，偶然荷载为地震作用、燃气爆炸等荷载。
管廊由于具有重要的城市运行功能，需对其力学性能进行研究，特别是偶然荷载作用下的动力响应和破坏特征。
我国为地震多发国家，管廊在地震作用下会发生较大破坏，造成严重后果，因此进行管廊抗震性能研究具有重要意义。
部分学者进行共同沟结构体系振动台缩尺模型试验，通过分析加速度、混凝土应变、周围土压力，可知共同沟体系地震反应具有独特性，土体性质、地震动强度、结构形式、埋置深度、材料等的影响显著。
地下综合管廊地震反应分析与抗震可靠性研究结果表明，边界及接触面条件会对结构应变产生较大影响，在结构被视为弹性的情况下，自由边界的结构应变幅值明显较无限单元小，相对误差最大达123.3%，当忽略结构与土体之间的相对滑移时，结构应变增长幅度达1/3，并首次提出近似Ｒayleigh地震波场的概念。
研究发现，地下综合管廊在剪切波作用下呈整体弯曲变形，同土体在剪切波作用下的变形；各种因素中对结构响应影响最大的为边界条件及非一致激励。
部分学者进行非一致地震激励地下综合管廊振动台模型试验，模型场地与模型结构设计合理，为数值模拟奠定良好基础，并将有限元计算结果与试验实测结果从边界效应、加速度响应、位移响应和应变响应角度进行对比分析，得到计算结果与试验结果具有较好规律性的结论。
部分作者对Ｒayleigh波与底部地震加速度共同作用下综合管廊动力响应特征进行研究，建立双仓综合管廊三维动力有限元数值模型，对加速度、管廊结构位移、管廊结构内力进行分析。
综合管廊地震响应研究结果表明，综合管廊变形基本与周围土层一致，侧壁与底板连接部位为损伤最大位置。
为研究地下综合管廊结构边节点和中节点抗震性能，有关学者以体积配箍率和纵筋锚固长度为参数，分析试件破坏形态、弯矩-位移滞回曲线和弯矩-位移骨架曲线等，并探索提高现浇节点受弯承载力的方法。
隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。
结果表明:隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。
随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。
Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为:隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44~21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。
爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。
【总页数】18页(P175-192)【作者】蒙贤忠;周传波;蒋楠;张玉琦;张震;吴迪【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院;江汉大学精细爆破国家重点实验室;中国科学院武汉岩土力学研究所【正文语种】中文【中图分类】O382【相关文献】1.隧道掘进爆破地震波传播规律试验研究2.基于小波分析的浅埋隧道爆破地震波时频特征研究3.城市暗挖隧道爆破地震波传播规律研究4.露天高边坡爆破地震波传播特征及强度预测研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速公路隧道爆炸冲击波模型高速公路隧道的建设和使用已经成为现代社会城市化发展不可或缺的一部分。
然而，隧道事故的频繁发生给交通安全带来了巨大的威胁。
其中，爆炸事故是最为致命和具有破坏性的一种。
因此，准确预测隧道爆炸冲击波的模型至关重要。
一、冲击波的形成与特征爆炸的产生会导致大量燃气、热能和激波的形成，在封闭的隧道空间中，冲击波将产生一定的压力和速度。
这些冲击波的传播不仅会对隧道内的结构物造成负担，还会对周围环境产生严重影响。
了解和研究冲击波的形成与特征对于有效应对事故具有重要意义。
二、模型建立与计算方法为了准确预测隧道爆炸冲击波的传播过程，科学家们建立了一系列模型和计算方法。
其中，常用的方法有数值计算方法和物理试验方法。
数值计算方法是利用计算机进行模拟，通过设定初始条件、选择合适的数学模型和计算方法，来模拟隧道爆炸冲击波的传播过程。
这种方法具有成本低、时间短、结果可靠等优点。
但是，在实际应用中需要根据具体情况选择不同的模型和计算参数，以确保计算结果的准确性。
物理试验方法是通过实验装置模拟隧道爆炸冲击波的传播过程。
这种方法可以直接观测到爆炸冲击波的形成和传播过程，有利于对冲击波的特征进行研究，但是成本较高且不易实施。
三、参考因素与风险评估在建立模型和进行计算时，需要考虑多种因素，例如燃料特性、隧道结构形式、粒子分布、气体密度等。
这些因素的综合作用将直接影响冲击波的产生和传播过程。
因此，在模型建立时需要充分考虑这些因素，以提高模型的准确性和可靠性。
在实际应用中，对隧道爆炸冲击波进行风险评估是非常必要的。
通过对隧道周围环境和可能遭受损害的结构物进行评估，可以预测冲击波对人员和财产带来的影响，并采取相应的安全措施。
这不仅可以保护人身安全，还可以减少因爆炸事故造成的经济损失。
四、风险控制和防范措施针对隧道爆炸冲击波的模型研究，还可以为风险控制和防范提供重要的依据。
例如，通过对设施布局和防护措施的优化设计，可以降低冲击波的影响范围和程度。
岩石中隧道内爆炸动力响应分析随着经济的不断发展和人口压力的持续增大,城市的交通问题愈发严重,作为解决城市交通问题的重要手段,地铁和公路隧道在城市的交通系统中发挥着不可替代的作用,但与之而来的,地铁和公路隧道也成为恐怖袭击风险很高的目标,另一方面,由于意外爆炸事故引起的隧道内爆炸事件也时有发生。
鉴于地铁、隧道内爆炸可能引起的巨大灾难,本文主要分析了内爆炸对隧道的破坏特点、爆炸冲击波在隧道中传播规律等问题,取得了如下研究成果:1、基于原型试验坑道的抗爆试验结果,揭示了内爆炸对隧道工程造成的一些典型宏观破坏现象,分析了隧道内爆炸冲击波不同于自由大气中爆炸冲击波的特点。
2、内爆炸冲击波具有不同于自由大气中冲击波的特点,由于边界反射的影响,爆炸冲击波具有多峰值的起伏变化。
数值模拟结果表明,立方体装药中心爆炸情况下,爆心附近冲击波非常复杂,冲击波具有多波汇聚、相互作用现象,但随着爆心距增加,冲击波逐渐稳定,表现出峰值超压衰减、作用时间增长、高频成分减少等现象。
3、基于对大量计算结果的归纳总结,表明两端开口的隧道内爆炸冲击波峰值超压具有如下衰减规律: SrSrSr通过与其他已有经验公式的对比验证了其正确性,可为实际工程分析设计提供一定的参考。
4、立方体装药中心爆炸条件下,爆炸后,爆心所在截面正上、正下、正左、正右四位置处的隧道衬砌最先受到冲击波作用,容易发生破坏,并且随着时间的发展,破坏的范围随之增大。
球形装药中心爆炸条件下,相同截面上的隧道衬砌发生均匀破坏,同一半径处的单元,有效应力、位移以及速度随时间的变化规律基本相同。
5、同样的装药量,中心爆炸情况下,相对于球形装药,立方体装药条件下的隧道非对称和非均匀动力响应更明显,局部衬砌破坏也更加突出;装药高度对隧道衬砌破坏有很大影响,在相同的装药条件下,爆高越小,装药正下方衬砌破坏情况越严重,当爆高减小到一定的高度时,隧道衬砌会产生严重的局部破坏甚至贯穿现象。
6、在相同的装药条件下,偏心爆炸情况下隧道衬砌主要表现为局部破坏,并且局部破坏程度要大于中心爆炸情况。
