基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟

张秀华 张春巍 段忠东

张秀华, 张春巍, 段忠东. 基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(1): 80-86. doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0080-07
引用本文: 张秀华, 张春巍, 段忠东. 基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(1): 80-86. doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0080-07
Zhang Xiu-hua, Zhang Chun-wei, Duan Zhong-dong. Numerical simulation on shock waves generated by explosive mixture gas from large nuclear blast load generator based on equivalent-energy principles[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(1): 80-86. doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0080-07
Citation: Zhang Xiu-hua, Zhang Chun-wei, Duan Zhong-dong. Numerical simulation on shock waves generated by explosive mixture gas from large nuclear blast load generator based on equivalent-energy principles[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(1): 80-86. doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0080-07

基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟

doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0080-07
基金项目: 国家自然科学基金项目(51078116)
详细信息
    作者简介:

    张秀华(1970—), 女, 博士, 副教授, 硕士生导师

    通讯作者:

    Zhang Xiu-hua, zhangxh2000@163.com

  • 中图分类号: O383.2

Numerical simulation on shock waves generated by explosive mixture gas from large nuclear blast load generator based on equivalent-energy principles

Funds: Supported by the National Natural Science Foundation of China (51078116)
  • 摘要: 运用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA,基于多物质Euler算法,对TNT炸药和乙炔-空气混合气体两种爆炸源在自由大气场中爆炸产生的冲击波荷载特征参数进行数值模拟,比较两种爆源产生的冲击波压力传播规律。基于爆能等效原理,按超压相等的原则给出了气体爆炸名义比例距离计算公式。结果表明,基于Euler算法可以较好地描述乙炔-空气混合气体爆炸空气冲击波传播规律,爆炸压力随着距爆源距离的增大而迅速衰减,且两种爆源产生的冲击波超压峰值误差随着冲击波传播距离的增大而逐渐减小。采用名义比例距离公式修正后,气体爆炸与炸药爆炸冲击波计算误差可以得到有效控制。当爆炸冲击波超压小于0.5MPa时,可以采用乙炔-空气混合气体代替化学炸药进行模爆器内爆炸实验加载。
  • 图  1  有限元模型

    Figure  1.  Finite element model

    图  2  目标测点

    Figure  2.  Measuring target points

    图  3  不同时刻空气冲击波瞬时超压云图

    Figure  3.  Transient over pressure contours of air blast at different time

    图  4  冲击波超压曲线

    Figure  4.  Histories of air blast overpressure

    图  5  两种爆炸源爆炸冲击波超压曲线比较

    Figure  5.  Blast overpressure histories for two types of explosion source

    图  6  名义比例距离的拟合

    Figure  6.  Fitting of nominal scale distance

    图  7  TNT当量系数的拟合

    Figure  7.  Fitting of TNT equivalent coefficient

    表  1  TNT炸药和乙炔气体爆炸峰值压力

    Table  1.   Peak overpressure of TNT dynamite and mixture explosive gas

    z/(m·kg-1/3) pm11)/MPa pm22)/MPa pm33)/MPa pm44)/MPa pm55)/MPa z0/6)(m·kg-1/3) pm67)/MPa ε8)/%
    0.69 2.680 0.565 2.240 2.041 1.478 - - -
    0.72 2.430 0.425 1.895 1.828 1.369 - - -
    0.84 1.800 0.392 1.230 1.234 1.051 - - -
    0.96 1.135 0.355 0.919 0.884 0.851 - - -
    1.02 0.924 0.332 0.785 0.761 0.764 - - -
    1.08 0.822 0.325 0.678 0.662 0.670 - - -
    1.20 0.570 0.253 0.519 0.514 0.527 0.58 - -
    1.32 0.481 0.195 0.410 0.411 0.426 0.72 0.425 11.6
    1.44 0.390 0.180 0.332 0.336 0.351 0.86 0.387 1.0
    1.71 0.256 0.165 0.222 0.228 0.243 1.17 0.262 -2.3
    2.01 0.180 0.124 0.155 0.161 0.174 1.52 0.173 3.9
    1)由TNT炸药计算;2)由乙炔-空气混合气体计算;3)由Brode公式计算;4)由Baker公式计算;
    5)由Josef Henrych公式计算;6)由式(8)计算的名义比例距离;7)由名义比例距离计算;
    8)εpm1pm6的误差。
    下载: 导出CSV
  • [1] 欧进萍, 张春巍, 张晓漪, 等.大型模爆器综合试验系统研制、改造与应用[C]//中国土木工程学会防护工程分会第十次学术年会.乌鲁木齐, 2006.
    [2] 张春巍.结构抗爆抗冲击与振动控制的若干问题研究[R].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2007.
    [3] 李生娟, 毕明树, 章正军, 等.气体爆炸研究现状及发展趋势[J].化工装备技术, 2002, 23(6): 15-19. doi: 10.3969/j.issn.1007-7251.2002.06.004

    Li Sheng-juan, Bi Ming-shu, Zhang Zheng-jun, et al. Gas explosion present research situation and development trend[J]. Chemical Equipment Technology, 2002, 23(6): 15-19. doi: 10.3969/j.issn.1007-7251.2002.06.004
    [4] Benson D J. Computational methods in Lagrangian and Eulerian hydrocodes[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1992, 99: 235-394. doi: 10.1016/0045-7825(92)90042-I
    [5] LS-DYNA keyword user's manual: Version 971[M]. Livermore California: Livermore Software Technology Corporation, 2006.
    [6] 张秀华.气爆炸冲击作用下钢框架抗爆性能试验研究与数值模拟[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.
    [7] Smith P D, Hetherington J G. Blast and ballistic loading structures[M]. Butterworth-Heinemann Ltd, 1994: 30-166.
    [8] Mays G C, Smith P D. Blast effects on buildings[M]. London: Thomas Telford Publications, 1995: 24-50.
    [9] Baker W E. Explosions in air[M]. Austin, TX: University of Texas Press, 1973: 7-15.
    [10] 王飞, 朱立新, 顾文彬, 等.基于ALE算法的空气冲击波绕流数值模拟研究[J].工程爆破, 2002, 8(2): 13-16. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2002.02.004

    Wang Fei, Zhu Li-xin, Gu Wen-bin, et al. Numerical simlation shock wave around-flow on basis of ALE algorithm[J]. Engineering Blasting, 2002, 8(2): 13-16. doi: 10.3969/j.issn.1006-7051.2002.02.004
  • 加载中
图(7) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  4670
  • HTML全文浏览量:  497
  • PDF下载量:  755
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-06-11
  • 修回日期:  2013-02-07
  • 刊出日期:  2014-01-25

目录

    /

    返回文章
    返回