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[硕士论文] 夏涌凯
建筑与土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:现代工程当中,岩石爆破技术已经被应用的越来越广泛。但是传统的爆破方法不容易控制,效率低下,安全性也不足。而定向爆破能够精确的控制爆破后裂纹缝隙的产生、延伸、拓展方向和岩石断裂面的形成。为了研究不同装药结构形式刻槽药柱的定向爆破断裂能力,设计了竖向单缝刻槽药柱、横向刻槽药柱以及竖向双缝刻槽药柱三种形式药柱,开展三种药柱的砂浆爆破模型试验研究。通过对三种不同形式的刻槽药柱爆炸后的模型进行取芯、切片处理,得到不同位置处的切片试件上的裂纹分布形式,根据模型迎爆侧和背爆侧的裂纹几何特征的不同,分析出对岩石定向断裂爆破最有效果的一种刻槽形式。同时,在模型体内预埋电阻应变片,对爆破过程模型体内爆炸应力波进行测试,根据不同位置的应变片测得应力波值的大小,进一步分析了定向断裂爆破作用机理。
  在三种不同的装药结构刻槽药柱中,竖向单缝刻槽药柱在三种刻槽药柱中在对模型定向断裂的效果最佳。除去炮孔偏上部分的爆破冲孔作用,在竖向刻槽药柱的模型试验中,试件上的裂纹形成很明显的规律,迎爆侧的裂纹要比背爆侧的裂纹更加明显,长度也有所增加。形成的裂纹也比较集中,在各个方向形成的都是单个集中裂纹。横向刻槽药柱所形成的裂纹效果在定向爆破上要差了很多,不仅形成裂纹的模型区域要小很多,在裂纹的分布上也不集中,迎爆侧没有任何优势可言,不适合应用于定向的断裂爆破。对于竖向双缝刻槽药柱,模型中几乎不存在可观测的裂纹痕迹,效果不明显。
  竖向单缝刻槽药柱模型迎爆侧的应变片数值要大于同一高度的背爆侧的应变片数值。迎爆侧的三个应变片,二号中间位置的数值最大,上部数值最小。将所测得的应变片数值大小与试验中的切片裂纹分布进行对照分析,进一步验证了竖向单缝刻槽药柱在岩石的定向断裂爆破中的优越性。
[博士论文] 杨杰
工程力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:梯度多胞金属继承了均匀多胞金属优异的力学性能,具有良好的抗冲击能力和吸能效果,且由于包含密度的变化,具有很强的可设计性,受到了越来越多的关注。梯度多胞金属通常可以分为连续密度梯度多胞金属和层级密度梯度多胞金属。由于制造技术的限制,目前大部分实验研究选用的试样为层级密度梯度多胞金属,即用具有不同密度的均匀多胞金属热压或粘接而成,无法准确描述梯度多胞金属的力学行为。研究人员转而采用理论分析或有限元分析,如基于冲击波模型的理论分析和基于Voronoi技术的有限元分析。此外,研究人员还对梯度多胞金属进行了耐撞性设计研究,但大都是在一系列的密度分布组合或不同的密度梯度中筛选耐撞性能较好的密度分布,并没有充分利用梯度多胞金属的可设计性。本文主要基于Voronoi技术发展了梯度多胞金属的三维细观模型,用以更加准确地开展梯度多胞金属的有限元分析,并且率先提出了基于冲击波模型反向设计梯度分布的耐撞性设计方法,以期实现吸能材料从传统的被动选择过渡到主动设计。
  用实验方法考察了梯度泡沫铝的基本力学性能。由于难以按照特定密度分布制造闭孔连续梯度多胞金属,先用间接测量的方法估算出选用的梯度泡沫铝试样的密度分布,采用线性拟合得到密度分布的近似表达式,并开展梯度泡沫铝的准静态单轴压缩实验。在实验中发现了试样由胞元较大的一端开始渐近压溃的现象。根据这一现象通过建立理论模型推导了压缩载荷-位移关系,并用刚性-理想塑性-锁定(R-PP-L)模型近似材料的应力-应变关系,对实验数据进行了拟合,得到了R-PP-L模型的力学参数。然后,用改造过的霍普金森压杆开展了梯度泡沫铝的动态实验,结合文献中提出的“双应变片”测量法,通过计算得到了试样支撑端的反力;利用高速摄影机和数字图像相关技术求得子弹的速度历史曲线,发现4组实验的结果吻合得较好。
  基于应力波理论,建立了质量块撞击梯度多胞杆的冲击波模型,考察了密度梯度对梯度多胞金属抗冲击特性的影响。考虑一系列具有相同平均密度、不同密度梯度且密度分布线性增加的梯度多胞金属杆,推导出了质量块冲击下质量块的速度和波阵面位置对时间的微分方程组,并采用R-PP-L模型的材料参数,利用经典龙格-库塔法对微分方程组进行数值积分求解。结果表明,密度梯度对梯度多胞金属试样的冲击响应有着很大的影响,并发现存在质量块的减速历史振荡非常小的情形,且此时最大减速度的值最小。对比理论分析的结果与实验结果,发现在冲击过程的前期,理论和实验的结果吻合得非常好;随着速度的下降,实验得到的支撑端反力明显大于理论分析结果,而质量块的速度下降比理论分析结果更快。推测其主要原因是R-PP-L模型对于材料特性的模拟较为简化,并未考虑材料的硬化,且压实应变是固定的,影响了理论分析的结果。
  基于三维Voronoi技术发展了梯度多胞材料的细观模型并开展力学行为的研究。基于变胞元尺寸法和三维Voronoi技术,构造了一系列具有相同平均密度且密度分布为线性的梯度多胞试样,并通过验证胞元的相对密度和统一修正壁厚的方法得到具有准确密度分布的三维Voronoi模型。然后利用ABAQUS/Explicit软件进行有限元分析,考察梯度多胞结构在准静态压缩下的力学行为和动态冲击下的抗冲击特性和吸能效果。发现梯度多胞试样在准静态压缩下存在应变持续增加应力逐渐增加的阶段,这不同于均匀多胞试样的平台段,从变形图上可以观察到由一端开始逐渐压溃的现象。在动态冲击下,观察到密度梯度对梯度多胞金属的动态力学性能同样有着很大的影响,当梯度多胞金属密度大的一端靠近支撑端时可以更好地保护撞击物,而密度小的一端靠近支撑端时对于支撑端处的结构有很好的保护作用。从能量吸收的角度看,密度梯度对梯度多胞金属的能量吸收同样存在较大的影响。
  提出了根据耐撞性要求反向设计梯度多胞材料的密度梯度的方法。基于冲击载荷的历史曲线,应用非线性塑性冲击波模型,反向推导出了梯度多胞杆的密度分布,并考察冲击力历史为线性变化的耐撞性情形,得到了当冲击力历史分别为恒定、线性增加和线性减少时的密度分布表达式。根据理论分析结果设计出的三种密度分布,构建了相应的三维细观有限元模型,通过数值模拟验证反向设计得到的冲击力响应的结果。通过对比发现,当冲击力历史为恒定或线性增加时,在有限元分析中梯度多胞杆的变形模式与假设的相同,得到的冲击力历史曲线与设定的值吻合得较好;当冲击力历史为线性减少时,冲击过程中试样两端均发生了变形,这和理论分析中的假设冲突,两者的结果也存在一定的差别。从变形图样中还发现,初始的设计中梯度多胞杆靠近支撑端的一部分材料几乎未发生压溃,即设计是偏保守的。针对这样的情况,提出了优化设计的方法,即通过限制波阵面第一次到达支撑端时靠近支撑端处材料的波后应变来缩短梯度多胞杆的长度。所以,根据耐撞性反向设计梯度多胞材料的密度分布的设计方法能够实现。
[硕士论文] 蔡正宇
工程力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:梯度多胞金属材料由于其可设计性受到广泛关注,引入密度梯度可望获得更加优异的抗爆炸、抗冲击性能,在工程防护领域有着广阔的应用前景。多胞牺牲层是一种多胞材料夹芯复合结构,通过多胞材料的压溃行为大量地吸收爆炸/冲击能量。已有多胞牺牲层抗冲击行为的研究中,多采用形式简单的刚性-理想塑性-锁定(R-PP-L)冲击波模型来表征多胞材料的动态压溃行为,其与实际的应力-应变曲线还存在较大的差异。此外,在梯度多胞材料的能量吸收和消波性能优越性的问题上尚有争议。本文运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型研究密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能。通过量纲分析方法得出影响临界厚度的主导因素。针对临界厚度偏于保守的设计,发展了考虑反射波二次加载的分析方法,有效减小芯层厚度以提高多胞金属材料的利用率。
  基于率无关的、刚性-塑性硬化(R-PH)模型,建立了描述冲击波在梯度多胞牺牲层中传播的控制方程,得到了密度线性分布的梯度多胞金属在指数型爆炸脉冲下的响应特性。多胞牺牲层的临界厚度为爆炸能量恰好被吸收时的芯层最小厚度,在工程上是一个重要的设计指标。分析了临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系,给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。结果表明,吸收同等强度的爆炸载荷,正梯度牺牲层需要的厚度小于负梯度牺牲层。通过增大梯度参数值,正梯度能够有效地降低芯层厚度,但是会带来更大的支撑端应力峰值;实现应力峰值最小,均匀密度和负梯度是较理想的选择。本文还进一步给出了特定的支撑端应力峰值下,负梯度牺牲层临界厚度与相关参数的设计图。
  通过量纲分析的方法,建立梯度多胞牺牲层无量纲临界厚度与三个无量纲参数之间的关系,利用控制变量法给出了无量纲临界厚度的经验公式,并且满足一定的精度要求。分析结果表明,冲击增强因子的平方根S1/20是影响无量纲临界厚度的主导因素,密度梯度参数对其影响相对较小,进而给出临界厚度的一阶近似解。
  动态加载下,多胞材料的压实应变对冲击速度具有依赖性,依据冲击波衰减设计出的牺牲层临界厚度偏于保守。研究了反射波在有初始变形的正梯度多胞金属中的传播规律,数值求解得到牺牲层响应特性。结果显示,在支撑端应力不超过被保护许可应力的前提下,进一步缩短芯层厚度使得反射波后方的应变从0.4增加到0.7附近,提高了材料的利用率。最后,采用二维Voronoi技术构建了梯度多胞金属的细观有限元模型,检验了一维非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。
[硕士论文] 袁佳艳
测试计量技术及仪器 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:冲击波超压峰值是衡量弹药毁伤效果的一项重要指标,通过实测方法得到冲击波压力参数值是最为重要的途径。针对冲击波超压测量值稳定性及一致性差这一难题,开展了地面冲击波压力测试方法关键技术研究。
  仿真分析了冲击波与测试装置之间的耦合关系,探讨了复杂地面环境对冲击波压力测试的影响,获得了测试装置的安装平板尺寸、传感器安装高度、安装间隙以及近距离障碍物对冲击波压力测量的影响规律;设计了验证性实验,实验与仿真结果较为吻合;分析了爆炸冲击波压力测试过程中常见的干扰因素,提出了相应的抑制措施以及补偿方法。
  设计了近地爆炸地面冲击波无线存储测试装置,搭建了实验测试系统。选用高阻抗输出的电荷型压电式压力传感器作为冲击波测量传感器,并设计了对应的信号调理电路,实现了对传感器输出信号的转换、滤波以及放大。基于STM32芯片设计了主控电路,基于Nand Flash芯片设计了存储模块,并设计了USB通讯接口电路、触发电路,集成了4G无线模块、定位授时模块以及电源管理模块。基于C语言编写了下位机触发、数据采集存储以及USB接口通讯程序,基于libusb生成了上位机USB驱动程序,编写了上位机USB通信程序,并基于Labview设计了上位机实时控制以及显示界面。
  分别对调理模块、数字模块及上位机软件进行了性能测试分析,并对整个装置进行了模拟实验,实现了上位机对下位机采样参数的无线设置、对下位机状态的实时监测、对冲击波信号特征参量的实时获取,并实现了连发采集功能;建立了近地爆炸冲击波压力测试系统的误差模型,分别计算了各分项测量标准不确定度,并给出了该装置总的测量不确定度。
  对近地爆炸地面冲击波无线存储测试装置进行了爆炸实验验证,装置在爆炸现场测试中工作正常,实现了所有预期功能。针对近地爆炸地面冲击波超压信号干扰严重问题,提出了测量和剔除振动信号的方法,验证了其有效性。并利用仿真得到的干净冲击波信号及噪声信号模拟实测冲击波信号,对剔除其它干扰信号的三种方法进行了对比分析。采用去噪效果较好的EMD去噪方法对实测冲击波进行了去噪处理,提高了冲击波压力峰值提取和比冲量计算的准确性。
[硕士论文] 谢雪腾
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文主要对不同海拔高度下爆炸冲击波的传播规律进行研究。从一维球面爆炸空气冲击波的特性出发,分析了空气冲击波的传播变化规律。基于奥尔连科提出的云爆公式,推导至高原环境,比较在不同海拔高度下的冲击波参数(超压、超压冲量、正压作用时间)以及动压冲量的变化规律,定量给出了爆炸冲击波传播特性的高原影响程度。计算结果显示,冲击波的超压峰值随着海拔高度的增加而降低,并且随着海拔高度的增加,冲击波超压峰值下降程度加剧。冲击波正压冲量随着海拔高度的增加而降低,研究发现冲击波的正压冲量随距离增大而下降程度几乎一致。冲击波动压冲量则随着海拔高度的升高而增加。正压作用时间在近场差异不大,在远场则随着海拔高度的增加而延长,固定海拔高度,正压作用时间随着距离的增大而增大。
  通过海拔200m和海拔4500m的静爆试验与适用于高原环境下的修正公式理论值进行分析对比,为不同海拔高度下的冲击波毁伤元的变化规律提供了试验数据支撑,证实了高原效应对爆炸冲击波传播特性的重要性。同时运用LS-DYNA和AUTO-DYN数值模拟软件还原试验场景,再现了不同海拔环境下球形装药爆炸冲击波传播的全过程,通过数值模拟结果观察到了冲击波的绕流、拐角效应、马赫反射等物理现象。静爆试验与仿真模拟的结果对比表明了数值模拟的有效性,为爆炸冲击波高原传播特性的研究进一步提高了说服力。此问题的研究对于爆炸防护及利用具有重要参考意义。
[硕士论文] 程宇腾
安全工程 南京理工大学 2016(学位年度)
摘要:本文主要通过理论分析、数值模拟、敞开空间静爆试验、有限空间静爆试验四种方法,研究了不同配方的温压炸药在不同环境中的爆炸冲击波特性。通过理论研究,阐述分析了温压炸药在敞开空间中作用机理及其冲击波的传播规律;结合数值模拟软件AUTODYN,阐述分析了温压炸药在有限空间中的作用机理,以及准静态压力的经验计算公式。通过对不同装药参数的温压炸药在敞开空间中的爆炸过程进行数值模拟研究,确定能够使温压炸药爆轰较为完全的中心传爆药比例、中心传爆药密度与主装药装药密度。装药参数对爆炸近场的冲击波超压值有一定影响,而对爆炸中远场的影响较小。当中心传爆药比例为8%、中心传爆药装药密度为1.753、主装药装药密度为1.95时,温压炸药在爆炸近场冲击波超压值最高。通过对不同壳体约束强度的温压炸药进行野外静爆试验,运用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟,得到了壳体约束强度对温压炸药爆炸特性的影响规律。裸装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值大于带壳装药,铝壳体装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值较钢壳体装药高;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值及冲量与试验结果吻合较好,且裸装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较带壳装药早,铝壳体装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较钢早;初始冲击波超压值受壳体厚度影响较大,壳体的存在使冲击波的传播滞后。通过有限空间中的静爆试验,研究密闭条件下铝氧摩尔比对温压炸药爆炸性能的影响,在有限空间中测量了不同铝氧摩尔比温压炸药的冲击波峰值超压、冲量与准静态压力值,并用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟。当温压炸药铝氧摩尔比在0.5~0.8之间时,冲击波峰值超压、冲量与准静态压力值较高,能量输出效应较佳;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值超压、冲量及准静态压力与试验结果吻合较好;采用Miller余项能较为合理地描述温压炸药的后燃特性。
[硕士论文] 朱恺波
工程力学 安徽理工大学 2016(学位年度)
摘要:近些年可燃气体爆燃事故频发,给国民经济带来巨大损失。为了预防可燃气体爆燃事故,编制突发事故应急预案,及时有效处置可燃气体爆燃事故,对爆燃火焰传播特性参数与噪声、振动破坏耦合效应的研究显得迫在眉睫。
  本文主要对甲烷-空气预混气体在方形有机玻璃管道内爆燃反应的火焰特性参数与噪声、振动参数进行对比研究。主要做了以下方面的工作:
  (1)本文首次探讨了管道内甲烷-空气预混气体爆燃火焰特性参数与噪声、振动的耦合关系,它们的参数变化存在高度一致性。当火焰传播速度快时,管壁压力大,噪声和振动幅度也大;当火焰传播速度减小时,管壁压力也减小,噪声振动幅度也减小。并且发现它们都存在三个区域:成长区(约10ms),剧烈反应区(约15ms),衰弱区(约40ms)。
  (2)吸音棉使得噪音的瞬间峰值降低了15-18dB,有很明显的降噪效果,无吸音棉实验组噪声明显要大于有吸音棉实验组。
  (3)无吸音棉时的振动速度峰值是有吸音棉时振动速度峰值的7倍左右,说明吸音棉带来的振动减速效果非常明显。两者的主振频率分别是23.19Hz、25.64Hz,两者相差不大,说明有机玻璃管道的振动频率近似为固有低频频率。
  (4)无吸音棉时的振动是瞬时能量高强度的集中释放,而有吸音棉的情况,能量是缓慢分布式的释放,可以起到缓冲减震的效果。
  (5)噪声原始信号的Hilbert谱,从颜色标尺看,能量从上到下递减。爆燃发生前环境中有高能量噪音传入传感器,在爆燃发生后高能量噪声部分频率主要分布在500Hz以下;对边际谱分析,也得到了管中的甲烷预混火焰频率是低频的。
  (6)对噪声、振动信号进行了HHT分析,得出管内甲烷预混火焰无论是噪声还是振动频率都是低频的,但噪声的频率带更宽,而振动频率小到只有30Hz左右,振动的幅值更大携带的能量更多。
  本文运用HHT方法对甲烷爆燃火焰进行分析具有创新性,可以加深我们对火焰能量释放中噪声、振动的传播特性的认识。
[硕士论文] 张东
化工过程机械 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:可燃气体爆炸严重威胁工业生产安全。高度敏感气体在受限空间内被引燃,极有可能引发爆轰并瞬间摧毁设备与财产。初始条件与边界条件是事故前预测与评估爆轰可能性的重要手段。现有研究表明:扰动对爆轰波的发展、演化及失效有显著影响。然而,以多层聚丙烯薄膜为代表的柔性材料作为管道内迎面扰动时对爆轰波传播的影响还未被理解。深入研究该规律,对爆轰灾害防治及基于爆轰波的应用具有指导意义。本文使用聚丙烯薄膜作为迎面扰动(阻塞率为1.0),独立设计并搭建了管道内气相爆轰实验平台,系统研究了爆轰波在迎面扰动前后的传播特性。
  本研究主要内容包括:⑴研究了C2H2+2.5O2+nAr预混气体在无扰动管道内爆轰波传播的速度特性与胞格结构,评价了一维气相爆轰理论的使用条件。在不同初始压力(P0=10~50 kPa)与不同氩气稀释浓度(n=0~80%)下,C2H2+2.5O2+nAr爆轰波在管道内以稳态传播,传播速度略小于C-J理论爆轰速度vCJ。随着氩气稀释浓度n上升,爆轰波传播速度下降;初始压力上升,爆轰波传播速度上升,但幅度较小。分析了稳态气体与非稳态气体的具体差异,获得了稳态气体ZND胞格结构。依据CJ理论计算得到的爆轰波传播速度与实验值的误差小于10%;使用爆轰波传播速度的简化算法可以精确估算稳态气体爆轰波在一维管道内的传播速度。⑵分析了以聚丙烯薄膜为材料的柔性扰动对爆轰波传播特性的影响规律及其作用机制。获得稳态式爆轰波穿过扰动后的两种传播形式:初始压力较低或氩气稀释浓度较高(P0<40 kPa,n>50%)时,爆轰波解耦失效;初始压力较高或氩气稀释浓度较低(P0≥40 kPa,n≤50%)时,爆轰波速度亏损。分析发现,前导激波在柔性材料上的作用机制为:激波使聚丙烯薄膜破碎后,沿反射波方向的流动扩张导致爆轰波衰减:当在聚丙烯薄膜上的激波绕射现象处于主导时,爆轰波将以速度亏损形式出现;当在聚丙烯薄膜上的激波反射现象处于主导时,爆轰波将以爆轰失效形式出现。⑶完成了扰动后以速度亏损或爆轰失效的可燃气体加速与转变实验,分析了爆轰波低速传播与失效传播规律,获得了受柔性扰动控制的低速传播或失效传播距离。以低速传播的爆轰波失去三波结构,其扰动控制距离约为37.5 mm至50 mm。失效传播的爆轰波激波衰减为膨胀波,爆燃转爆轰转变距离与转变时间随初始压力降低而增大;随氩气稀释浓度上升而降低,但转变距离降幅有限。扰动对爆轰失效的作用范围大于爆燃转爆轰转变距离,小于爆燃发展至稳态传播距离。低速爆轰与失效爆轰经历短暂的过驱爆轰过程后,再次发展至稳态式爆轰。
[硕士论文] 黎国龙
船舶与海洋工程 大连海事大学 2016(学位年度)
摘要:水下爆炸分为两个阶段,其中作为第一阶段的冲击波阶段已经在学术界形成了很成熟的理论体系,其对水中结构的影响也有很多可靠的分析方法。作为第二阶段的气泡脉动阶段的研究,相对冲击波阶段而言,研究的理论并没有那么成熟。同时,气泡脉动阶段不但会对船舶的局部造成严重的损伤,更因为其脉动频率与舰船结构的固有频率接近,会引起结构的共振和鞭状响应,从而对船舶整体造成不可忽略的损伤。因此,很有必要研究爆炸产生气泡在流场中能量的传递。
  本文利用Vernon的无量纲气泡方程,求解爆炸发生之后气泡的半径及气泡的移动速度随时间的变化规律。通过Vernon无量纲方程可以求解流场中某点的加速度大小以及压强大小,用Matlab实现对Vernon无量纲方程的编写后,嵌套入循环运算,求得流场中不同点的在某一时刻的加速度大小以及压强大小,然后利用Matlab的绘图软件对流场中不同点的加速度用箭头矢量的形式加以呈现,对流场中不同点的压力用压力云图的形式加以呈现,得到流场中的加速度矢量图以及压力云图。总结了不同时刻的加速度矢量图和压力云图之后,辅之以气泡半径随时间变化曲线,流场压力随时间变化曲线,深入探讨随着气泡脉动,流场中流体的运动规律以及脉动压力变化规律。
  Vernon无量纲方程中含有迁移效应系数项以及自由液面效应系数项,本文通过观察不同爆炸当量下自由液面效应影响下流场中某点的速度,加速度和压力随时间变化曲线、迁移效应影响下流场中某点的速度,加速度和压力变化曲线以及两种效应同时作用下流场中某点速度,加速度和压强变化曲线,讨论了自由液面效应以及迁移效应对气泡动能的影响。
[硕士论文] 熊亚洲
水利工程 三峡大学 2016(学位年度)
摘要:随着工程建设的飞速发展,地下空间成为人类在地球上生产生活的第二个空间,地下工程也因此迎来了发展建设的黄金时期,被广泛应用于铁路、公路、水利等各个部门。毫无疑问,无论是从工程效率而言,还是工程成本,爆破法均是目前地下开挖工程中最重要也是最普遍的方法之一,其爆破质量的好坏程度直接影响到地下工程的质量和进度。然而由于爆破理论的不成熟、爆破公害控制的不合理以及爆破环境的复杂性,导致爆破工程产生的振动效应对地面建筑物造成了程度不同的影响和破坏作用,进而也引起程度不同的民事纠纷,因此控制地下开挖工程中爆破振动效应的强度成了最关键的技术问题。
  本文以恩施市巴东县水布垭镇清江大桥长岭岸隧道锚工程为背景来进行分析研究,将理论分析、现场测试与工程应用相结合,有效地解决了当地爆破震动效应问题,使工程顺利进行,并且得出了适合当地地质环境的经验公式,现结论如下:
  1)通过使用便携式测振仪TC-4850,对长岭岸隧道锚左右洞进行爆破振动特性测试分析,并根据爆破安全规程推算出适合当地地质条件的萨道夫斯基经验公式中的爆破参数K值和α值。根据最新爆破安全规程规定的安全振速推算出安全药量,即最大段药量,并以此药量作为控制药量。并对连续监测结果进行线性回归分析,得出适合当地的萨道夫斯基经验公式,并验证了K值、α值的准确性。
  2)对爆破振动效应进行特性分析,得出衡量爆破振动效应大小最基本最直观的因子是质点振动速度,其他相关因素包括振动频率、振动持续时间和结构自身抗震特性也必须分析考虑。同时对工程附近民房进行调查,分析了典型房屋的破坏特征,分析发现爆破振动效应对房屋的危害不仅仅取决于地震波的强度的大小,还取决于房屋所处的地形、地基的稳固性、房屋的构造形式、房屋的结构类型和房屋建造时的施工质量。因此,为确保建筑物安全性,必须将多因素联合起来。
  3)提出采用选择合适的炸药、微差爆破和控制最大段药量、增加自由面以及开挖减震沟来减震等四种方式来控制该隧道的振动强度,并取得了很明显的效果,将爆破振动强度完全控制在爆破安全规程允许的标准以内。
[硕士论文] 王秋菊
化工过程机械 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:瓦斯爆炸是煤矿行业中发生最普遍的事故类型之一,随着人们环保意识的逐渐增强,具有较高灭火性能的哈龙灭火剂已经在蒙特利尔条约中被严格控制,所以寻找一种新型的火灾及爆炸抑制剂显得尤为重要。细水雾,作为一种廉价的、环境友好的抑制剂已经吸引了很多研究者的注意力,对其灭火及抑爆性能的研究也已经成为目前国际火灾领域的热点研究内容之一。本文针对密闭容器中细水雾作用于甲烷/空气的爆炸过程进行了数值模拟研究,分析了水雾条件和障碍物对爆炸过程的影响,探讨了细水雾影响爆炸过程的主要机理。
  本研究主要内容包括:⑴针对细水雾作用于甲烷爆炸过程,建立了气/液两相共存的三维数值计算模型,通过对模拟计算结果与实验数据的比对,验证了本文中所建立的数值模型的准确性与有效性。⑵研究了细水雾粒径、水雾初速度和水雾施加量对于甲烷爆炸过程的影响。随着细水雾粒径的增大,爆炸强度先减小后增大;最优粒径的存在与水雾的蒸发区域及蒸发时间有密切关系。随着水雾初速度的增加,爆炸强度增加;带有初速度的水雾会导致湍流燃烧速度增加,爆炸反应速率加快,爆炸被增强。随着水雾施加量的增加,爆炸强度降低;水雾施加量增多,水雾的吸热量增多,爆炸抑制效果增强。进而得出,水雾粒径适中、水雾初速度越小、水雾施加量越多则细水雾对甲烷爆炸的抑制效果越好。⑶分析了细水雾导致甲烷爆炸压力发生变化的过程,明确了由于细水雾蒸发膨胀导致的压力增加和由于细水雾吸热降温导致的压力降低是影响细水雾增强与抑制爆炸的2个主要方面,若由于细水雾引起的压力增加值大于压力降低值,则爆炸被增强,反之,爆炸被抑制。⑷利用添加障碍物的几何模型研究障碍物的存在对于细水雾作用于甲烷爆炸过程的影响。小水雾施加量条件下,火焰传播速度较大,火焰传播过程受障碍物影响明显,爆炸强度随着障碍物与点火源距离的增大而增加;大水雾施加量条件下,火焰传播速度较小,火焰传播过程受微弱影响,爆炸强度随着障碍物与点火源距离的增大几乎不变。⑸无水雾时爆炸强度随着障碍物数量的增多而增大;细水雾存在条件下,爆炸强度随着障碍物数量的增多先减小后增大,这与障碍物对爆炸过程的激励与阻碍的双重作用有关。
[硕士论文] 王嘉辉
安全工程 中北大学 2016(学位年度)
摘要:随着国家能源结构转变和战略性调整,未来将主要发展以石油液化气和天然气为主的能源。然而在输送、贮存和使用过程中,由于不慎发生泄漏就会与空气形成可燃性气体,达到一定浓度的爆炸极限,一旦遇见火源就会发生严重的气体燃爆危险。研究可燃性气体的爆炸特性与火焰传播规律有助于进行火焰分析,减少灾害发生,降低事故严重程度。
  本文查阅了国内外关于气体爆炸与火焰传播的相关文献与压力容器设计手册,研究其产生机理与爆炸特点,自行设计并搭建一套研究可燃性气体火焰传播规律的方形管道装置。管道总长为570mm,外径为120mm,内径为80mm,前后面采用石英玻璃,可以清晰的观察火焰传播的过程,其厚度为15mm,其他面均采用型号为TP304不锈钢材质,厚度为20mm,并通过火焰传感器,高频动态压力传感器,微细温度热电偶,数据采集装置与高速摄像机等来记录采集数据,并完成整个主体装置与附加装置的设计、加工、安装、调试工作。实验中选用甲烷气体,对甲烷空气混合气体传播过程中的爆炸压力,爆炸极限,火焰的传播速度与火焰燃烧锋面结构等参数进行了展开研究,具有重要的工业生产指导作用。
  通过对甲烷空气混合气体在管道中爆炸过程研究,验证了设备的可靠性,可以得到以下的结论:
  (1)对甲烷空气混合气体的爆炸极限进行了实验研究,在本文实验条件下甲烷爆炸极限范围为5%-14.5%;
  (2)测试6%,8%,10%,12%,14%五组浓度的甲烷气体来测试其最大的爆炸压力,分别为0.128MPa,0.138MPa,0.169MPa,0.134MPa,0.124MPa,发现在10%接近当量浓度的时候爆炸压力最大,爆炸压力随着甲烷浓度的升高,呈现先升高后降低的趋势。
  (3)分别在富氧(5.5%),当量浓度(9.5%),贫氧浓度(14.1%)的条件下测试了火焰传播速度与浓度之间的关系,清晰记录了火焰在从点火到消失时刻,在封闭管道中的整个传播过程以及结构的变化。在此过程中,火焰阵面结构会发生明显变化,即在火焰发展后期形成了特殊的郁金香火焰结构。根据火焰传感器时间差计算出三种浓度下器V1=7.5m/s,V2=14.1m/s,V3=10.2m/s。
  (4)研究了不同的泄压强度对火焰传播的影响,证明当封闭材料较厚(0.352mm)时比封闭条件较薄(0.2mm)时会产生较大的反作用力,对未燃烧区有向左的推力,增大了反应物的浓度,促进燃烧的进行,对火焰波形产生扰动,产生明显的火焰。
[硕士论文] 夏永乐
测试计量技术及仪器 中北大学 2016(学位年度)
摘要:近地爆炸冲击波测试能真实反映地面目标所受压力,为武器威力评价、毁伤效应及地面防护提供科学依据。随着测试系统的数量增多,近地冲击波测试对测试节点的集中控制、状态监测和数据的无线传输提出了更高的要求。近地环境下无线信道异常复杂,无线信号受地面影响严重,爆炸后整体无线数据量猛增,导致无线性能剧烈下降。
  针对以上问题,本文设计了基于无线WIFI的移动AP(Access Point,无线接入点)爆炸场网络。该网络可在测试场内随时随地快速构建,实现了30套测点的统一控制和实时状态监测、测试参数的无线设置和回读,以及140米的覆盖距离和不低于150kbps的无线速率。通过移动AP灵活调节通信距离,以实现更高速率的无线数据读取。多数据无线读取时采用自主选择数量可控的传输方案,解决了爆炸后无线数据突增导致网络拥堵、无线速率下降的问题。设计了基于事件触发的网络工作模式,降低了系统功耗并实现了可循环进行多次测试。
  针对2.4GHz无线WIFI信号的近地传播规律,设计了基于RSSI(接收信号强度指示)的无线信道测试方案,由实测数据建立了近地无线传播路径损耗的双折线模型,实验验证了该模型能正确表征近地无线信道,且路径损耗的绝对误差小于3dB。通过双折线模型预测出移动AP无线网络覆盖距离为123米,而采用自由空间传播模型为1080米,对比实测140米的网络覆盖距离,双折线模型预测准确度远优于自由空间模型,双折线模型可为近地无线网络设计提供可靠的依据。
  最后,测试及验证了系统功能和性能,并成功应用于弹药静爆威力测试。通过参加多次冲击波测试,验证了系统的可靠性、稳定性和优越性。
[硕士论文] 李凤
工程力学 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:为缓解交通压力,大量单线隧道需增建为双线隧道或在既有隧道旁修建新隧道,此时爆破开挖扰动将会使邻近既有隧道围岩及结构产生一定的损伤。如何确保爆破施工过程中既有隧道围岩的稳定已成为工程顺利建设的重要课题。爆破扰动下既有隧道围岩稳定性和安全振速的研究还处在发展阶段,大多通过经验公式和现场测试来指导工程实际,对于理论研究还十分不足。本文通过理论计算以及数值模拟的方法,探究爆破扰动下既有隧道围岩的动力响应规律以及安全振速问题,并通过现场实测以及模型试验进行验证。得到如下成果:
  (1)本文基于弹性力学与结构力学建立了既有片岩隧道围岩安全振速的计算表达式,得出围岩最危险点的拉应力随着岩层倾角、隧道半径、覆盖层厚度、层状岩体所对应夹角的增加而以不同的速率逐渐增加,随着岩层厚度增加而衰减,随着隧道半径与岩层厚度比值的增加呈幂指数增加,而当半径厚度比与岩体所对夹角之乘积不变时,拉应力是恒定的;同时根据最大主拉应力理论判据,计算得到最危险点的最大振速的计算公式,再结合爆破质点振动衰减公式,从而可以确定出爆破施工时的最大单响药量,为优化施工设计提供参考依据;
  (2)通过建立既有隧道围岩关键块体受力状态的力学模型,得到了隧道围岩的安全振速计算公式,其中安全振速与节理力学参数值成正比,与节理面的开裂深度成反比,安全振速以及静侧压系数对其的影响随着块体边长增加而减小,同时岩体静侧压系数变化影响围岩块体的安全区域,另外,关键块体的侧向平均正压力与埋深成正比,并受到洞径与块体高度的影响;
  (3)通过十白高速工程的数值模拟结果以及现场实测结果,分析得出:在爆破近区,质点振速峰值方向与拉应力峰值方向相互垂直,并在一定范围内存在一定的比例关系,对实际工程监测测点布置具有指导意义;
  (4)通过模型试验验证质点振速峰值方向与拉应力峰值方向相互垂直的结论,并拟合得到他们之间的比例关系。
[硕士论文] 罗振华
水利工程 三峡大学 2016(学位年度)
摘要:随着工程建设事业的迅速发展,为了加快施工进度以及减少成本,工程爆破在各个工程领域得以广泛应用,这也要求爆破需要在已有建(构)筑物附近进行施工,特别是在城市复杂环境下的爆破施工。在这种情况下,爆破地震波引起的振动效应可能会对周边环境产生不安全的后果。
  本文以宜昌市江城大道(点军大道~夷桥路)6.5km路基开挖爆破为研究对象,使用中科测控TC-4850对其爆破施工过程中振动强度进行了监测,获得了大量的监测数据。在此基础上,首先依据经验及相关理论剔除掉不合理的数据,选取合理的28组数据,然后应用地震波的相关理论,通过MATLAB小波包分析法,得到了该露天岩土爆破地震波的时频特性及相应的频率带-能量分布特性,从频率和能量的角度定量地揭示了爆破地震波的破坏力。选取其中的前20组数据,以 m nv?KQ R为基函数,基于MATLAB软件应用二元线性回归分析法,整体回归和分区域(近区和远区)回归得到该城市公路路基开挖爆破地震波的传播衰减规律;分析结果表明:①在整体回归中,Z方向(垂向)的速度衰减最快,其次是X方向(水平径向),最慢的是Y方向(水平切向);②近区回归中,X方向速度衰减最快,再是Y方向,最后是Z方向,且Y方向和Z方向的衰减非常接近,除此之外,X和Y方向的衰减均快于整体回归的衰减,而Z方向却慢于整体回归的衰减;③远区回归中,同样得到X方向速度衰减最快,再是Y方向,最后是Z方向,且均小于整体回归的衰减。另外,Z方向远区的衰减较整体回归衰减差别特别明显,即Z方向振动速度随距离衰减的速度在近区和远区都比X和Y方向小,并且远区衰减的速度更小些。最后,以爆破现场的实测数据为样本,采用回归分析法及经验公式法分别对爆破振动强度进行了预测研究,并对这两种方法的预测结果和后8组实测数据进行了对比分析;结果表明,两种预测方法计算出来的结果精度相差甚大,从计算实测值与预测值之间的相对误差可以看出,回归分析预测法的精度要高于经验公式预测法,更接近实际结果;其中分区域的局部回归分析法的精确度要高于整体回归分析的精确度;经验公式中,萨氏公式精确度最高。
[硕士论文] 杨泰峰
力学 太原理工大学 2016(学位年度)
摘要:平面波发生器是研究高应变率下材料状态方程的重要工具,目前应用较多的是由高、低两种爆速炸药组成的炸药平面波透镜。炸药平面波发生器是根据几何光学的Huygen-Snell原理设计,通过确定不同爆速炸药层的交界面曲线,最终使点起爆的爆轰波经过不同路径调整为平面爆轰波。
  基于平面波发生器的相关原理,设计了直径为100mm的简易平面波发生器,利用非线性有限元软件 AUTODYN-2D对平面波的形成过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的爆轰波传播波形,并对波形的平面度进行了测量。同时对简易平面波发生器驱动飞片的运动过程进行了模拟,得到了飞片运动变化规律。
  结果表明:1)在直径60%的范围内波形的平面度为0.057μs,直径70%的范围内波形的平面度为0.098μs;2)空气隙厚度保持不变,飞片速度随空腔高度的增大,初始增长很快,最终趋于稳定;3)空腔高度保持不变,飞片速度随着空气隙厚度的增加而逐渐降低。由于边侧稀疏效应的影响,随着空气隙厚度的增加,10mm空腔高度处飞片的击靶波形差越来越大。
  研究结果在一定程度上为平面波发生器的简易化研究提供了思路和方法,并为化爆加载装置的制造提供了基础。
[硕士论文] 吴鸿超
兵器工程 中北大学 2016(学位年度)
摘要:在高速冲击或爆炸等环境下,工作设备或结构部件极易造成结构性损坏而失去工作能力,为了保证在冲击环境中各个部件的正常工作,一般会设计一些缓冲吸能装置对结构进行保护,薄壁金属管塑性变形缓冲器,具有结构相对简单、工作可靠、载荷波动较小等诸多的优点,在冲击动力学等领域有着较为广泛的应用前景。本文采用理论建模、数值模拟以及实验研究的方法,研究了薄壁金属管在中高速冲击环境下的缓冲特性,根据薄壁金属管缓冲力特点对传统金属管结构进行了优化设计,对金属管在降低冲击体内部结构过载方面的应用进行了基础性研究。本文对薄壁金属管在冲击环境下缓冲力缓冲特性的基础理论研究对其在冲击动力学领域的应用提供参考和帮助。
  应用主应力法,考虑应变率效应和惯性效应的基础上,建立了金属管在高速冲击下缓冲力理论模型。理论模型主要描述金属管定径段在冲击环境下的缓冲力大小,可以为金属管结构在冲击环境下的应用提供理论参考。利用空气炮实验系统,对薄壁金属管在中高速冲击下的缓冲特性进行了实验研究,得到了金属管在冲击环境下的缓冲力曲线,分析了金属管在冲击环境下的变形特点和缓冲力特点,金属管在冲击环境下缓冲力曲线在基本形式和具体数值上与金属管在准静态下缓冲力曲线有一定区别,冲击环境下金属管在初期和稳定缓冲区的缓冲力较大。将实验得到的金属管缓冲力与理论模型计算得到的缓冲力进行了对比分析,实验值与理论值在金属管定径段吻合较好,理论模型具有一定的准确性,可以为金属管结构应用计算提供参考。
  利用LS-DYNA对空气炮逆弹道实验进行了数值模拟,将数值模拟得到的金属管缓冲效果与逆弹道实验得到的金属管缓冲效果进行对比分析,数值模拟的结果与实验结果吻合良好,数值模拟金属管在冲击环境下的缓冲力具有良好的准确性。利用LS-DYNA对金属管在冲击下的缓冲特性进行了研究,通过数值模拟详细分析了金属管在整个冲击过程中的变形以及由变形导致的缓冲力在各阶段的变化。
  研究了冲击速度、不同半锥角、冲击质量对金属管缓冲性能的影响,得到了以上三个参数对金属管在冲击环境下缓冲力影响特点和影响趋势,对各参数影响的研究结果,可以为金属管在冲击环境中的应用设计提供参考和指导。对比研究了5A02铝与45钢两种材料的薄壁金属管在冲击下的缓冲性能,45钢金属管的总吸能能力和单位质量吸能能力要高于5A02铝薄壁金属管,45钢薄壁金属管的理想吸能效率要高于5A02铝薄壁金属管。
  根据原结构在冲击环境下的缓冲力特点,提出了三种优化结构以提高金属管结构在冲击环境下的理想吸能效率,经过对原结构和优化结构的稳定区缓冲力、理想吸能效率、吸能能力的对比分析,得出结构4为具有最优缓冲力特性的结构。
  最后,研究了薄壁金属管缓冲器降低冲击体内部结构过载的降载效能,金属管复合结构缓冲器有效作用时间内能够有效保护内部结构,降低内部结构在冲击或侵彻过程中的高过载。通过数值模拟,从不同降载百分比、不同缓冲器轴向长度和不同冲击速度三个方面,研究了金属管复合结构缓冲器结构对降载冲击体结构有效作用时间内侵深影响,所设计的薄壁金属管降载结构适宜用在侵彻时间较短和侵彻深度较小的情况下。
[硕士论文] 王菲菲
应用数学 天津大学 2016(学位年度)
摘要:本文主要对两类反应扩散方程(组)进行定性研究。
  全文总共分为五章。
  第一章介绍两类问题各自的研究背景、现状以及本论文的结构安排及研究成果。
  第二章介绍一些预备知识。
  第三章研究一类带有加权源与吸收非线项的抛物型方程的爆破现象。针对不同的边值条件,分别构造不同的辅助函数得到了解的爆破时间下界及爆破速率的估计。运用构造能量函数的方法得到了Neumann边界条件下解的爆破时间上界及爆破速率的估计。
  第四章研究一类源自化学反应的模型。如果考虑扩散项的话,我们重点研究历史函数(此处公式省略)时方程解的性质问题,即平衡点的稳定性、Turing不稳定性以及分岔现象。
  第五章是结论和展望,总括全文的工作并指出有待研究的问题。
[硕士论文] 杨涛
土木工程 西南科技大学 2016(学位年度)
摘要:弹体正侵彻混凝土靶板,弹道大致可分为开坑区、隧道区和崩塌区,侵彻过程中弹体侧向受力均匀,运动姿态不发生改变,弹道中心线可看作是垂直于靶板初始撞击面的一条直线。然而,从细观层次对混凝土材料进行考虑,可将其看作为多相复合的材料,且各相材料力学性能差异较大,弹体侵彻过程中弹体受到不对称侧向力作用而产生转动力矩,运动姿态发生改变。本文就刚性弹正侵彻混凝土问题,建立混凝土靶板细观模型,探究影响侵彻过程中弹道偏转的因素及规律。
  本文根据刚体平面运动理论简化弹体侵彻过程,并通过对弹体侵彻进行过程分析,获得影响弹道偏转的因素:骨料和砂浆强度、弹体侵彻速度、骨料分布随机性、弹头形状、弹粒比(弹体直径与最大骨料粒径之比)及弹体长径比,并对以上因素进行分类:前三者归类为物理参数,后四者归类为几何参数。
  为了进一步探究各参数对刚性弹正侵彻混凝土靶板过程中弹道偏转因素的影响规律,本文采用单一因素法对以上两类参数进行了分析,得到以下结论:
  (1)物理参数
  1)根据混凝土的材料特性,可认为砂浆和骨料共同对正侵彻弹体提供轴向阻力,而随机非均匀的骨料作用力与砂浆阻力之差则提供导致其偏转的侧向力。
  2)弹道偏转角度随混凝土砂浆强度随骨料与砂浆间强度差的增大而增大;当名义抗压强度较小时,弹体偏转对砂浆强度变化的敏感度显著大于骨料强度变化的影响。
  3)在刚性弹假设下,弹体运动姿态随着弹体侵彻速度增加而更加稳定,即偏转角随着靶速度增加而减小。
  (2)几何参数
  1)骨料分布随机性对弹体偏转影响显著。
  2)弹头越尖,弹体偏转角度越大,当弹头曲径比大于4后,其对弹体偏转角度的影响不显著。
  3)弹体偏转角度随弹粒比值的增加而减小,弹粒比大于2后,弹体偏转不显著,靶板可考虑采用均匀直接建模。
  4)弹体偏转角度随弹体长径比增加而减小,长径比小于7时,其对弹体偏转影响显著,长径比大于7时,弹体几乎不发生偏转,此时,靶板可考虑采用均匀介质建模。
[硕士论文] 齐佳
计算机科学与技术 北京交通大学 2016(学位年度)
摘要:近些年来,燃气在使用、存贮和运输过程中引发的爆炸事故时有发生,造成了大量的人员伤亡和经济财产损失,因此燃气的安全问题被普遍关注,引起了相关部门的极大重视。但由于燃气的应用领域广泛,且易受外界条件影响,要完全杜绝燃气爆炸事故的发生在现阶段还难以做到,因此研究燃气爆炸模型、分析影响爆炸强度的因素和爆炸的波及范围,以及对爆炸的推演过程进行三维仿真有很大的实用价值。
  本文的主要工作是编程实现燃气爆炸模型,并利用仿真平台对爆炸的推演过程进行三维展示。以上工作可以细分为四个方面,一是通过对流体动力学、爆炸学、物理力学和燃烧学等领域关键技术的分析研究,建立了由N-S模型、EBU-Arrhenius燃烧模型、k-ε湍流模型等组成的爆炸数值模型;二是在编程求解爆炸数值模型的过程中引入CPU+GPU异构编程机制,利用GPU的高度并行化特点,在CUDA平台上实现并优化燃气爆炸模型算法,克服了数值模型计算耗时长的缺点,大幅度的提高了计算的速度和精度,并保证了计算的实时性;三是提出爆炸事故可视化推演系统的设计方案,并利用Unity3D编程平台进行实现;四是完成与Fluent等平台的对比实验,并分析实验结果。
  本文的创新点主要有两个,一是首度实现了燃气爆炸物理模型与三维仿真系统的对接,提高了爆炸效果模拟的真实感,也达到了对燃气爆炸突发事件的科学控制。二是利用CPU+GPU异构编程技术对燃气爆炸算法进行了并行优化,克服了以往数值模型因计算时间过长而无法为三维仿真平台提供实时数据的缺点,也提高了算法在时间和精度上的优越性。
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