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侵彻爆炸作用下钢纤维混凝土结构的破坏模式

爆炸与冲击 2024年第1期44卷 149-161页

作者：杨石刚罗泽许继恒方秦杨亚徐国琳汤俊杰陆军工程大学国防工程学院江苏南京210094

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤... 详细信息

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤维混凝土结构的损伤过程和破坏模式。结果表明:钢纤维混凝土结构在155 mm榴弹作用下,配置钢筋的顶板和侧墙发生较轻的爆炸成坑破坏,无配筋的前墙发生严重的爆炸震塌破坏。SPG(smooth particle Galerkin method)-结构化ALE(arbitrary Lagrange-Euler)(S-ALE)流固耦合算法能够有效预测钢筋混凝土结构在侵彻和爆炸共同作用下的损伤发展过程和破坏模式。大口径弹体侵彻有限边界靶的加速度时程曲线特征为突增骤减单峰值形式,弹体速度呈现先快速降低后缓慢减小的特征;靶标在基于侵彻损伤的爆炸作用下,主要破坏模式为混凝土块大量崩塌和裂缝的生长,且随着侵彻速度的增加,爆炸造成的毁伤由局部破坏向结构整体破坏发展;混凝土破碎区内,垂直于弹体的钢筋在侵彻作用下达到屈服,板顶和板底的钢筋在爆炸后达到屈服。

关键词：钢纤维混凝土结构侵彻爆炸破坏模式

爆炸灾后建筑结构性能评价及修复加固研究进展

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第1期45卷 1-13页

作者：师燕超刘少增崔健郭宗明天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518029

在爆炸荷载作用下,建筑结构会产生不同程度的损伤,甚至可能发生连续性倒塌。建筑结构性能评价是爆炸灾后重建阶段结构处置与修复加固方式选择的重要依据,是指在爆炸发生之后,考虑建筑爆炸损伤,对建筑结构的残余性能进行分析和评定。经... 详细信息

在爆炸荷载作用下,建筑结构会产生不同程度的损伤,甚至可能发生连续性倒塌。建筑结构性能评价是爆炸灾后重建阶段结构处置与修复加固方式选择的重要依据,是指在爆炸发生之后,考虑建筑爆炸损伤,对建筑结构的残余性能进行分析和评定。经过几十年的发展,建筑结构抗爆研究已经成为一个热门研究方向,许多学者开展了诸多相关研究,但现有研究成果大多为爆炸发生前的防护设计与分析。为了促进该领域更加全面深入的研究,为灾后重建工作提供技术支持,对爆炸灾后建筑结构性能评价涉及的一些关键问题进行详细的介绍与总结,并对可行修复加固技术的相关研究及应用进行总结与评述。经过多年发展,学者们建立了用于结构构件爆炸损伤评估的超压—冲量曲线和残余承载力评估公式,提出了建筑爆炸损伤等级及受灾区域划分方法,并在碳纤维布加固修复钢筋混凝土结构方面积累了丰富经验,但目前关于灾后建筑结构性能评定及修复的研究仍处于起步阶段,距离实际工程应用还有较大差距。

关键词：爆炸建筑结构结构抗爆性能评价修复加固

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纵向通风作用下隧道内氢泄漏爆炸隐患分析

西南交通大学学报 2024年第1期59卷 81-86页

作者：谢永亮吕娜西南交通大学机械工程学院四川成都610031

为研究纵向通风能否有效控制隧道中泄漏氢气的扩散以及降低可燃氢云的超压危害,本文以一长100 m的方形隧道为研究对象,利用FLUENT软件对隧道内氢气泄漏扩散现象进行数值模拟,基于可燃氢云爆炸超压对人和建筑物的危害分级,分析纵向通风... 详细信息

为研究纵向通风能否有效控制隧道中泄漏氢气的扩散以及降低可燃氢云的超压危害,本文以一长100 m的方形隧道为研究对象,利用FLUENT软件对隧道内氢气泄漏扩散现象进行数值模拟,基于可燃氢云爆炸超压对人和建筑物的危害分级,分析纵向通风降低隧道内氢气泄漏爆炸危害性的作用效果.研究结果表明:计算工况下,隧道内发生氢气射流火灾时的纵向风速范围为6.5~8.0 m/s;纵向通风能够有效控制隧道内氢气的泄漏和扩散,但不能完全消除隧道氢泄漏爆炸的可能性和危害性.

关键词：氢能隧道火灾爆炸数值模拟纵向通风临界风速

聚磷酸铵对聚乙烯粉尘爆炸特性及热解动力学影响研究

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化工学报 2023年第10期74卷 4352-4366页

作者：江丙友丁大伟苏明清鲁昆仑安徽理工大学工业粉尘防控与职业安全健康教育部重点实验室安徽淮南232001 中国安全生产科学研究院北京100012 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

为了减小聚乙烯(PE)粉尘爆炸事故所带来的危害,使用20-L爆炸球以及自主搭建的粉尘爆燃火焰传播测试系统进行爆炸抑制实验,从爆炸压力行为和火焰传播行为探究了聚磷酸铵(APP)对PE粉尘的抑制特性。通过同步热分析仪分析了APP对PE粉尘热解... 详细信息

为了减小聚乙烯(PE)粉尘爆炸事故所带来的危害,使用20-L爆炸球以及自主搭建的粉尘爆燃火焰传播测试系统进行爆炸抑制实验,从爆炸压力行为和火焰传播行为探究了聚磷酸铵(APP)对PE粉尘的抑制特性。通过同步热分析仪分析了APP对PE粉尘热解特性的影响,采用Coats-Redfern方法计算了PE和APP-PE混合粉尘(I=1.0)在快速热解阶段的反应动力学参数,并结合爆炸产物探究了其抑制机理。结果表明:APP可有效降低PE粉尘的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及火焰传播速度,当抑制比为1.0时,PE粉尘爆炸压力峰消失,标志着在该抑制比下被完全抑制。此外,通过分析热解动力学模型发现PE粉尘在快速热解阶段遵循A3模型,添加APP后遵循R2模型,其平均活化能分别为137.34 kJ/mol和228.52 kJ/mol,活化能的增加,说明APP的加入减缓了PE粉尘的氧化和热分解,表现出显著的抑制效果。研究结果可为防治PE粉尘爆炸提供理论依据和技术支撑。

关键词：粉体爆炸火焰传播聚乙烯聚磷酸铵热解特性动力学

聚多巴胺包覆混合粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

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化工学报 2022年第9期73卷 4245-4254页

作者：杨克王辰升纪虹郑凯邢志祥毕海普蒋军成常州大学环境与安全工程学院江苏常州213164

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。... 详细信息

为了减小甲烷爆炸带来的影响,研究了多巴胺自聚合合成聚多巴胺,包覆二氧化硅和碳酸钙混合粉体,在自主研发的亚克力管道实验平台进行甲烷爆炸实验。进行不同浓度聚多巴胺包覆混合粉体的抑爆对比实验,以探究多巴胺浓度对甲烷爆炸的影响。通过粒径分析、电镜扫描、热重分析等技术手段对聚多巴胺包覆混合粉体进行表征分析。实验结果表明聚多巴胺包覆混合粉体符合一般抑爆粉体特征。结合分析最大爆炸超压、火焰传播特征图像来探究其甲烷抑爆性能。分析其爆炸超压时,当多巴胺浓度为0.6 g/L时,相比未喷粉工况,最大爆炸超压下降了32.31%。结合表征分析探究了抑爆机理。

关键词：爆炸天然气混合物聚合物粉体安全

点火方式对欠膨胀氢气射流爆炸超压影响规律研究

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化工学报 2023年第3期74卷 1409-1418,F0002页

作者：武子超汪志雷李荣业李可昕华敏潘旭海王三明蒋军成南京工业大学安全科学与工程学院江苏南京211816 南京安元科技股份有限公司江苏南京211800

针对自燃点火与电火花点火对欠膨胀氢气射流燃爆超压的变化规律开展实验研究,测量了自燃和电火花两种点火方式在不同释放压力下的爆炸超压与火焰传播速率,分析了初始压力和点火条件对爆炸超压的影响机制。实验结果表明:相同释放条件下,... 详细信息

针对自燃点火与电火花点火对欠膨胀氢气射流燃爆超压的变化规律开展实验研究,测量了自燃和电火花两种点火方式在不同释放压力下的爆炸超压与火焰传播速率,分析了初始压力和点火条件对爆炸超压的影响机制。实验结果表明:相同释放条件下,自燃点火比电火花点火引发的管外爆炸超压峰值更高,压力上升速率更快,且自燃点火的发展过程更稳定;随着缓冲罐内释放压力从6 MPa升高到9 MPa,自燃管外爆炸超压峰值先升高后降低,在释放压力为8 MPa时自燃引发的爆炸超压达到最大值15.97 kPa,而电火花点火源处的燃爆超压随释放压力的上升从7.23 kPa先降低至3.17 kPa后升高到4.19 kPa;电火花点火火焰在点火源处形成了不规则形状点火核,同时火焰传播速度大于自燃火焰发展速度。本研究对于加氢站设计和燃爆风险评估具有参考意义。

关键词：爆炸氢燃爆超压氢泄漏安全

桥塔附近油罐车火灾和爆炸联合作用下斜拉桥动力响应

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第6期54卷 2257-2270页

作者：田力周建胜朱劲松张晗奇天津大学建筑工程学院天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350

首先,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了一座双塔钢斜拉桥三维空间有限元模型,分析了桥塔附近油罐车火灾单独作用下斜拉桥的温度分布特征和结构响应;其次,验证了综合考虑高温软化效应和高应变率效应的钢材本构模型可靠性,分析了桥塔附... 详细信息

首先,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了一座双塔钢斜拉桥三维空间有限元模型,分析了桥塔附近油罐车火灾单独作用下斜拉桥的温度分布特征和结构响应;其次,验证了综合考虑高温软化效应和高应变率效应的钢材本构模型可靠性,分析了桥塔附近火灾和爆炸联合作用下斜拉桥关键构件的局部破坏特征和桥梁整体位移响应;第三,研究了燃烧时间和爆炸当量对桥塔在火灾下抗爆性能的影响;最后,分析了桥塔在火灾和爆炸联合作用下的倒塌过程。研究结果表明:由于热膨胀效应,火灾在短时间内便可导致桥塔等受压构件的应力迅速增大;火灾初期,桥塔受火侧产生远离火灾方向的侧向位移,随着火灾继续发展,桥塔受火侧的承载力逐渐下降,桥塔受火侧的侧向位移逐渐向火灾方向发展,最大达到了0.21 m;火灾燃烧时间越长或爆炸当量越大,桥塔在火灾爆炸作用下产生的局部破坏越严重;合理布置横隔板可有效提高桥塔的抗爆性能;火灾和爆炸联合作用下,桥塔整体产生朝向爆炸源方向的侧向位移,随着燃烧时间延长,桥塔在爆炸荷载下产生的侧向位移逐渐增大。

关键词：火灾爆炸斜拉桥桥塔有限元分析

垃圾焚烧飞灰对瓦斯爆炸压力及火焰传播的抑制作用及机理研究

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化工学报 2023年第8期74卷 3597-3607页

作者：杨克贾岳纪虹邢志祥蒋军成常州大学安全科学与工程学院江苏常州213164

通过自主搭建的可视化甲烷爆炸实验平台,在甲烷气体浓度为8%(富氧)、9.5%(当量)、12%(贫氧)的条件下,研究了不同质量的垃圾焚烧飞灰(FA)粉体对甲烷爆炸压力、火焰传播速度及火焰传播形态的影响。采用XRD分析、粒径分析、扫描电镜和热重... 详细信息

通过自主搭建的可视化甲烷爆炸实验平台,在甲烷气体浓度为8%(富氧)、9.5%(当量)、12%(贫氧)的条件下,研究了不同质量的垃圾焚烧飞灰(FA)粉体对甲烷爆炸压力、火焰传播速度及火焰传播形态的影响。采用XRD分析、粒径分析、扫描电镜和热重分析对FA的成分、粒径、表面微观结构和热稳定性进行了分析,并结合物性表征分析了FA的抑爆机理。结果表明,FA对不同浓度甲烷爆炸均有较好的抑爆效果。本实验中,FA对于8%、9.5%、12%浓度甲烷最佳抑制的喷粉量分别为360、360、400 mg。FA粉体的加入,阻碍了甲烷爆炸火焰的发展传播,打乱了火焰形态,火焰强度明显减弱。FA的粒径较小,微观结构多孔,具有较大的比表面积和孔隙率,且具有较高的吸热性,其总质量损失为37.07%。FA粉体具有物理、化学双重抑爆性。

关键词：爆炸垃圾焚烧飞灰抑制剂火焰传播

基于反应欧拉方程投影算法的广域尺度气体爆炸数值模拟研究

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中国科学：技术科学 2023年第4期53卷 601-614页

作者：李立彬喻鑫龙刘青泉王晓亮北京理工大学宇航学院北京100081

近年来广域尺度可燃气体爆炸事故愈发严重,亟需发展有效的数值方法模拟爆炸波的传播发展及其对结构物的作用,预测和评估爆炸造成的危害.本文采用含极端刚性源项的反应欧拉方程描述广域尺度气体爆炸过程,基于算子分裂法,通过高分辨率格... 详细信息

近年来广域尺度可燃气体爆炸事故愈发严重,亟需发展有效的数值方法模拟爆炸波的传播发展及其对结构物的作用,预测和评估爆炸造成的危害.本文采用含极端刚性源项的反应欧拉方程描述广域尺度气体爆炸过程,基于算子分裂法,通过高分辨率格式捕捉激波,采用投影法处理化学反应刚性源项,解决了化学反应和流体动力学时空尺度不匹配的问题.通过若干一维爆轰波算例验证了本文数值方法能够在网格尺度欠解析的情况下准确捕捉爆轰波的传播过程,且几乎不受空间重构格式的影响,具有较好的鲁棒性.进一步将一维数值模型推广至二维含复杂结构物气体爆炸问题,几组二维算例表明本文数值模型能够在较粗的网格条件准确捕捉弯曲爆轰波的传播及其散射行为.最后计算了一个广域尺度含复杂结构物的爆炸波算例,表明本文的数值方法具备在空间网格欠解析的情况下模拟真实广域尺度气体爆炸问题的能力,有望为城市爆炸安全评估提供压力、温度等数据.

关键词：爆炸刚性化学反应投影法广域