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基于落锤-弹簧碰撞系统的燃气爆炸载荷模拟加载方法研究

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力学与实践 2024年第4期46卷 796-802页

作者：李腾飞钟冬望何理司剑峰黄秋月武汉科技大学理学院湖北省智能爆破工程技术中心中铁四院集团工程建设有限责任公司

为避免燃气爆炸实验带来的危险，可通过载荷模拟装置产生燃气爆炸载荷替代传统燃气爆炸实验。本文设计开发了一种基于落锤-弹簧碰撞系统的燃气爆炸载荷模拟装置及加载方法，通过一维弹性碰撞理论建立起了系统响应过程的运动方程，并推... 详细信息

为避免燃气爆炸实验带来的危险，可通过载荷模拟装置产生燃气爆炸载荷替代传统燃气爆炸实验。本文设计开发了一种基于落锤-弹簧碰撞系统的燃气爆炸载荷模拟装置及加载方法，通过一维弹性碰撞理论建立起了系统响应过程的运动方程，并推导得到了载荷与时间之间的函数关系；根据压力时间函数特征以正弦函数和指数函数乘积形式对燃气爆炸实测压力时程曲线进行拟合，建立了模拟燃气爆炸载荷落锤-弹簧碰撞系统参数快速计算方法；该装置及实验方法表明调整阻尼器的阻尼系数、弹簧的刚度和落锤的质量，可获得与燃气爆炸载荷特征相符的压力加载作用时长和载荷峰值。落锤-弹簧碰撞系统可以对燃气爆炸载荷进行多工况多场景的有效模拟。

关键词：落锤实验燃气爆炸载荷模拟实验装置弹性碰撞

爆炸焊接波状界面的Richtmyer-meshkov失稳机理

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爆破 2023年第2期40卷 154-159,165页

作者：谢礼宏段卫东蒋培武汉科技大学武汉430081 中铁广州工程局集团有限公司武科大爆破技术研究中心武汉430081

目前对于爆炸焊接金属界面成波机理的模型只能对波状界面形成的某些方面给予定量或定性的描述,而不能全面地解释其中的所有现象。在对钛钢过渡层爆炸焊接研究时,通过扫描电镜观测钛/铜爆炸焊接波状界面,发现在放大2000倍时,钛铜之间并... 详细信息

目前对于爆炸焊接金属界面成波机理的模型只能对波状界面形成的某些方面给予定量或定性的描述,而不能全面地解释其中的所有现象。在对钛钢过渡层爆炸焊接研究时,通过扫描电镜观测钛/铜爆炸焊接波状界面,发现在放大2000倍时,钛铜之间并没有波状界面存在,而是“钛滴”在铜中形成了一个个“孤岛”状结合界面。当两板结合后的相对位移较大时,就会将界面波的波峰部分拉断,脱离原位形成“孤岛”。对爆炸焊接的理论分析以及实验研究表明,Richtmyer-Meshkov失稳机理可以更好地解释爆炸焊接波状界面的形成过程。爆炸焊接过程中,在碰撞点附近,爆炸焊接界面会出现一薄层熔化区,界面附近的材料处于准流体状态。当高压弹-塑性应力波到达时,就会引起界面的扰动,前面应力波引起的扰动在后续一系列应力波的作用下会进一步发展,形成典型的Richtmyer-Meshkov界面失稳。因此,Richtmyer-Meshkov失稳、冻结,是形成我们所观察到的爆炸焊接中各种类型的波状界面原因。

关键词：爆炸焊接界面波扫描电镜 Richtmyer-Meshkov失稳应力波

塑钢纤维混凝土板抗爆性能的试验研究及数值模拟

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混凝土 2022年第11期 6-10页

作者：蔡路军曾成林陈少杰吴立过陆香婷武汉科技大学理学院湖北武汉430065 湖北省智能爆破工程技术研究中心湖北武汉430065 中铁广州工程局-武科大爆破技术研究中心湖北武汉430065

对普通钢筋混凝土板和塑钢纤维混凝土板进行爆破试验,借助动力有限元分析软件LS-DYNA建立塑钢纤维有限元模型,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,研究普通混凝土板和塑钢纤维混凝土板在爆破荷载作用下的动态响应及塑钢纤维对钢筋混凝... 详细信息

对普通钢筋混凝土板和塑钢纤维混凝土板进行爆破试验,借助动力有限元分析软件LS-DYNA建立塑钢纤维有限元模型,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,研究普通混凝土板和塑钢纤维混凝土板在爆破荷载作用下的动态响应及塑钢纤维对钢筋混凝土板抗爆性能的影响,同时对塑钢纤维混凝土板和普通板的裂纹扩展形态进行分析比较。结果表明:在混凝土板中添加1%体积掺量的塑钢纤维后,结构的应变和加速度峰值明显减小,在20、40、80 g药量作用下,塑钢纤维板中心处应变峰值较普通板分别降低了25.3%,22.9%,21.5%;加速度峰值分别降低了14.1%,17.6%,15.1%;在板受大药量爆炸荷载作用破坏后,板的裂纹数量和裂纹宽度明显减少,说明塑钢纤维的掺入改变了混凝土裂纹的扩展路径,能有效抑制裂纹的扩展,提高结构的抗爆性能。

关键词：塑钢纤维爆炸冲击数值模拟随机纤维模型裂纹扩展

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爆破开挖振动下既有大型储油罐的动力响应

爆炸与冲击 2018年第6期38卷 1394-1403页

作者：陈洋吴亮许锋鲁帅中铁港航-武汉科技大学爆破技术研究中心湖北武汉430065 武汉科技大学理学院湖北武汉430065

针对既有大型储油罐近区基础爆破开挖中的安全问题,采用ANSYS/LS-DYNA的隐式-显式顺序求解方法,结合流固耦合算法,研究了爆破振动下大型储油罐的动力响应规律。分析了罐壁不同位置的质点振速,由于质点振速分布情况较为复杂,不宜用局部... 详细信息

针对既有大型储油罐近区基础爆破开挖中的安全问题,采用ANSYS/LS-DYNA的隐式-显式顺序求解方法,结合流固耦合算法,研究了爆破振动下大型储油罐的动力响应规律。分析了罐壁不同位置的质点振速,由于质点振速分布情况较为复杂,不宜用局部质点振速判断罐壁危险点;总结了罐壁上应力的分布规律,结果显示爆破振动对储油罐的影响主要集中在迎爆侧下部,且在罐壁迎爆侧高度为3 m左右的位置最易发生象足屈曲;分析了不同频率爆破振动作用下满载储罐罐壁的质点振速,结果表明在爆破振动主频范围内,载荷频率远大于储罐固有频率条件下,罐壁上质点振速随着爆破振动频率的降低呈减小趋势;建立了储油罐罐壁质点振速与罐内液面高度的关系,结果表明降低液面高度可以有效提高储油罐的爆破振动安全阈值,爆破施工中邻近储罐储液高度不宜高于10 m。

关键词：隐式-显式流固耦合爆破大型储油罐动力响应

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基复板间隙对钛-钢薄板爆炸焊接质量影响

兵器材料科学与工程 2018年第4期41卷 87-92页

作者：刘瑞段卫东唐玉成武汉科技大学湖北武汉430000 中铁港航-武科大爆破技术研究中心湖北武汉430000

为研究爆炸焊接过程中基板与复板间隙对焊接质量的影响,选取TA2为复板、Q304为基板进行薄板爆炸焊接试验。在充分考虑炸药边界效应的前提下,创造性的在一次爆炸试验中对不等基复板间距进行焊接,通过对样品的切割打磨,运用仪器观测结合... 详细信息

为研究爆炸焊接过程中基板与复板间隙对焊接质量的影响,选取TA2为复板、Q304为基板进行薄板爆炸焊接试验。在充分考虑炸药边界效应的前提下,创造性的在一次爆炸试验中对不等基复板间距进行焊接,通过对样品的切割打磨,运用仪器观测结合区界面波纹变化情况,发现基板与复板间距由小逐渐增大,结合界面爆炸焊接质量呈现出由弱到强、由强到弱的变化过程。

关键词：爆炸焊接金相组织可焊窗口结合界面

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爆破振动持时分析及微差爆破延期时间优选

爆炸与冲击 2016年第5期36卷 703-709页

作者：钟冬望何理操鹏张奎武汉科技大学理学院湖北武汉430065 中铁港航-武科大爆破技术研究中心湖北武汉430065 湖北皓昇爆破工程有限公司湖北十堰442012

爆破振动持续时间以及微差爆破延期时间分别是爆破振动危害客观评价与主动控制的重要指标,对振动持时影响因素和延期时间优选方法进行深入探究极为必要。结合量纲分析理论,探讨了爆破振动持时影响因素,推导出爆破振动持时预测公式,该公... 详细信息

爆破振动持续时间以及微差爆破延期时间分别是爆破振动危害客观评价与主动控制的重要指标,对振动持时影响因素和延期时间优选方法进行深入探究极为必要。结合量纲分析理论,探讨了爆破振动持时影响因素,推导出爆破振动持时预测公式,该公式线性相关性达到89.7%;基于地震波线性叠加原理,通过MATLAB 7.0编程,计算得到毫秒微差爆破不同爆心距处合理延时区间。结果表明,爆破振动信号能量与振动持续时间相关性高,在振动持时预测公式中引入信号能量,可提高预测精度;振动持续时间与比例速度负相关,与比例药量正相关;合理孔间延期时间往往不是某一具体值,而是一个或多个时间区间;不同爆心距处合理延期时间值不同。工程应用表明,给出的爆破振动持时预测公式与微差爆破延时优选方法切实可行。

关键词：爆炸力学振动持续时间量纲分析延期时间线性叠加原理微差爆破

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带环形密闭气囊弹体入水冲击过程的数值分析

爆炸与冲击 2018年第5期38卷 1155-1164页

作者：陈洋吴亮曾国伟周俊汝武汉科技大学理学院工程力学系湖北武汉430065 中铁港航-武汉科技大学爆破技术研究中心湖北武汉430065

针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题,基于LS-DYNA,运用控制体积法模拟环形密闭气囊,结合流固耦合算法,模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮... 详细信息

针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题,基于LS-DYNA,运用控制体积法模拟环形密闭气囊,结合流固耦合算法,模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮7个主要阶段,对比分析了垂直与倾斜入水过程中不同阶段弹体和气囊的姿态变化、减速特性及入水深度等特征的异同。从气囊内压变化、流体对气囊的作用合力、气囊内压与入水速度的关系等方面研究了流体与气囊的相互作用,发现入水过程中气囊内压的变化主要受入水深度、运动速度、连接绳拉力等因素影响。通过计算不同初始内压条件下弹体的入水深度、减速时间及连接绳的拉力峰值,发现囊压越高,入水深度越小,减速时间越短,但是相应连接绳对弹体外壳的拉力峰值越大。因此,在进行入水回收气囊参数设计时,需要综合考虑缓冲效果、减速效果及气囊安全性等因素。

关键词：密闭气囊入水冲击控制体积法流固耦合 LS-DYNA

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基于精确毫秒延时控制的爆破降振试验研究

煤炭学报 2015年第S1期40卷 107-112页

作者：钟冬望何理操鹏黄小武武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学中铁港航--武汉科技大学爆破技术研究中心湖北武汉430065 武汉科技大学理学院湖北武汉430065

为充分利用数码电子雷管实现精确延时控制爆破振动及改善岩石破碎效果,基于岩体中炸药爆炸能量分配理论,推导出逐孔起爆时孔间合理延期时间的计算公式。结合露天矿山生产实际,采用隆芯1号数码电子雷管及铱钵起爆系统,设计开展了室内精... 详细信息

为充分利用数码电子雷管实现精确延时控制爆破振动及改善岩石破碎效果,基于岩体中炸药爆炸能量分配理论,推导出逐孔起爆时孔间合理延期时间的计算公式。结合露天矿山生产实际,采用隆芯1号数码电子雷管及铱钵起爆系统,设计开展了室内精确延时控制爆破相似模型试验。运用Matlab7.0对振动时程信号进行时间-能量密度分析,结果表明,设置合理孔间延期时间能有效降低爆破振动强度;模型试验中,2 ms延期时间下振动波形速度峰值依次为1,3,4和5 ms延期时间下的69%,76%,77%和78%,能量百分比依次为37.3%,84.5%,52.6%和58.4%。工程实践应用表明,在堰口采石场所采用的爆破参数情况下,孔间以20 ms为延期时间利于降低爆破振动,改善爆破效果;提出的合理孔间延期时间计算公式切实可行。

关键词：爆炸力学爆破振动微差爆破精确延时延期时间数码电子雷管

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爆炸荷载下钢筋混凝土T梁的应变与损伤

科学技术与工程 2018年第25期18卷 245-250页

作者：蔡路军杜刚高琴武汉科技大学理学院和中铁港航-武科大爆破技术研究中心武汉430065

为了探究在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土T梁桥的损伤状况及动态响应规律,制作了钢筋混凝土T梁桥,预先埋入5个压电智能骨料用以监测桥梁模型的损伤状态,在翼板和腹板粘贴6组应变片,测量在爆炸荷载作用下的模型应变值的变化规律,进行对比分... 详细信息

为了探究在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土T梁桥的损伤状况及动态响应规律,制作了钢筋混凝土T梁桥,预先埋入5个压电智能骨料用以监测桥梁模型的损伤状态,在翼板和腹板粘贴6组应变片,测量在爆炸荷载作用下的模型应变值的变化规律,进行对比分析。结果表明,模型翼板上的相同测点位置的横向应变均大于其纵向应变,腹板上的相同测点位置的纵向应变均大于其横向应变;利用智能骨料的主动监测技术,监测结果显示了模型内部的损伤程度。说明压电智能骨料可以对模型在爆炸荷载作用后的损伤程度提供判定依据;应变结果与损伤结果均显示,钢筋混凝土T梁桥的翼板比腹板更容易破坏。

关键词：爆炸荷载钢筋混凝土T梁桥智能骨料损伤