2023年 43卷 第12期
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2023, 43(12): 122201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0153
摘要:
采用量纲分析的方法，分析了两装药同时爆炸加载下金属薄板动态响应过程中的相关独立变量，并使用有限元软件进行数值计算，研究了两装药同时起爆情况下装药量、装药间距及炸距对45钢靶板响应特性的影响。基于数值模拟和量纲分析的结果，分别建立了相关参量与金属靶板最大变形挠度的函数关系，获得了适用于一定范围的靶板挠度计算模型。该研究能够在一定程度上实现不同分布装药的爆炸效应快速计算。
采用量纲分析的方法，分析了两装药同时爆炸加载下金属薄板动态响应过程中的相关独立变量，并使用有限元软件进行数值计算，研究了两装药同时起爆情况下装药量、装药间距及炸距对45钢靶板响应特性的影响。基于数值模拟和量纲分析的结果，分别建立了相关参量与金属靶板最大变形挠度的函数关系，获得了适用于一定范围的靶板挠度计算模型。该研究能够在一定程度上实现不同分布装药的爆炸效应快速计算。
2023, 43(12): 123101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0022
摘要:
为研究不同夹层材料下软硬介质组合岩体的动态力学性能及变形破坏特征，以砂岩和花岗岩为软硬岩基质，利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar，SHPB)装置，并通过离散格子弹簧法(discrete lattice spring method，DLSM)数值模拟，探究了不同夹层材料下岩体裂纹扩展、夹层界面处的反、透射特性及岩体中能量分配特性。结果表明：不同夹层材料岩体的动态强度增长因子随着岩体动态抗压强度增大而增大，表现出明显的动态抗压强度依赖性。不同夹层材料岩体在加载初始阶段存在明显的非线性段，无夹层岩体砂岩内部闭合的孔隙及裂隙在应力开始作用阶段最久且非线性段最长。随着夹层材料强度的增大，夹层对岩体的裂纹扩展和发育的阻碍能力逐渐较弱，岩体产生裂纹和破坏需要消耗的能量逐渐降低。夹层岩体的破坏开始于夹层胶结面处，随着夹层材料强度的增大，软岩靠近胶结面一侧破坏逐渐加剧，硬岩无明显破坏。含夹层岩体具有很好的削波作用，随着夹层材料强度的降低，两端面应力峰值在逐渐降低，夹层岩体短时间内获得的能量吸收密度增大，稳定性降低，容易被破坏。
为研究不同夹层材料下软硬介质组合岩体的动态力学性能及变形破坏特征，以砂岩和花岗岩为软硬岩基质，利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar，SHPB)装置，并通过离散格子弹簧法(discrete lattice spring method，DLSM)数值模拟，探究了不同夹层材料下岩体裂纹扩展、夹层界面处的反、透射特性及岩体中能量分配特性。结果表明：不同夹层材料岩体的动态强度增长因子随着岩体动态抗压强度增大而增大，表现出明显的动态抗压强度依赖性。不同夹层材料岩体在加载初始阶段存在明显的非线性段，无夹层岩体砂岩内部闭合的孔隙及裂隙在应力开始作用阶段最久且非线性段最长。随着夹层材料强度的增大，夹层对岩体的裂纹扩展和发育的阻碍能力逐渐较弱，岩体产生裂纹和破坏需要消耗的能量逐渐降低。夹层岩体的破坏开始于夹层胶结面处，随着夹层材料强度的增大，软岩靠近胶结面一侧破坏逐渐加剧，硬岩无明显破坏。含夹层岩体具有很好的削波作用，随着夹层材料强度的降低，两端面应力峰值在逐渐降低，夹层岩体短时间内获得的能量吸收密度增大，稳定性降低，容易被破坏。
2023, 43(12): 123102.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0223
摘要:
为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律，采用直径为50 mm 的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）系统，对0°、45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载（0.3、0.4和0.5 MPa）下的动态压缩实验，并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明：石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列，接触界限不规则，白云母和石英含量较高，与石墨伴生，沿层理面富集；层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用，45°层理劣化作用最强；能耗特性随层理角度增大呈U形变化，与强度特征相似；同一应变率下，矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性，0°层理破碎平均尺寸较小，能耗密度较大，45°层理破碎后块度最大，能耗密度最小；受外力作用时，石墨鳞片不仅从内部断裂，也易被伴生矿物撕裂，随层理角度的增大，试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下，石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制，拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂，低应变率可减少岩粉产生。因此，可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域，以减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。
为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律，采用直径为50 mm 的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）系统，对0°、45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载（0.3、0.4和0.5 MPa）下的动态压缩实验，并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明：石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列，接触界限不规则，白云母和石英含量较高，与石墨伴生，沿层理面富集；层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用，45°层理劣化作用最强；能耗特性随层理角度增大呈U形变化，与强度特征相似；同一应变率下，矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性，0°层理破碎平均尺寸较小，能耗密度较大，45°层理破碎后块度最大，能耗密度最小；受外力作用时，石墨鳞片不仅从内部断裂，也易被伴生矿物撕裂，随层理角度的增大，试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下，石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制，拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂，低应变率可减少岩粉产生。因此，可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域，以减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。
2023, 43(12): 123301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0130
摘要:
通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能，探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验，基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料（vectorized user-material，VUMAT）子程序，采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹，运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟，在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面，模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段，三种不同层数的叶片都有较大的变形，且叶片的变形模式相近；在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段，不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中，叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主，其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明，碳纤维叶片损伤模式主要表现为：（1）叶根部边缘损伤，（2）叶根部完全断裂，（3）叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大，通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析，可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。
通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能，探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验，基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料（vectorized user-material，VUMAT）子程序，采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹，运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟，在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面，模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段，三种不同层数的叶片都有较大的变形，且叶片的变形模式相近；在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段，不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中，叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主，其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明，碳纤维叶片损伤模式主要表现为：（1）叶根部边缘损伤，（2）叶根部完全断裂，（3）叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大，通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析，可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。
2023, 43(12): 123901.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0113
摘要:
高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生水垫效应吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。
高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生水垫效应吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。
2023, 43(12): 123902.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0227
摘要:
为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律，构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统，开展了二氧化碳爆破实验，分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明：在出现超温现象之前，二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低，核心区域温度最低；当出现超温现象时，射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高，核心区域温度最高；射流周围的环境温度呈现先降低，后升高的现象。初始泄能压力越高，二氧化碳爆破射流的温度峰值越高，最高温度达到了133.7 ℃，到达温度峰值所需的时间越长；初始泄能压力越低，温度谷值越低，最低温度为−3.4 ℃，到达温度谷值所需的时间越短；射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段，随后小幅度上升，再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内，二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。
为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律，构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统，开展了二氧化碳爆破实验，分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明：在出现超温现象之前，二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低，核心区域温度最低；当出现超温现象时，射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高，核心区域温度最高；射流周围的环境温度呈现先降低，后升高的现象。初始泄能压力越高，二氧化碳爆破射流的温度峰值越高，最高温度达到了133.7 ℃，到达温度峰值所需的时间越长；初始泄能压力越低，温度谷值越低，最低温度为−3.4 ℃，到达温度谷值所需的时间越短；射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段，随后小幅度上升，再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内，二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。
2023, 43(12): 124101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0129
摘要:
在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下，提出了一种在标准霍普金森压杆实验配置下实现杆中左、右行应力波分离的新方法，可简单有效地解决常规霍普金森压杆在长时实验时左、右行波信号重叠的问题，从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用，显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展，在测试信号不需要进行波分离处理的情况下，新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS 有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟，采用虚拟实验的方式，利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理，对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明，该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理，所得结果令人满意。
在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下，提出了一种在标准霍普金森压杆实验配置下实现杆中左、右行应力波分离的新方法，可简单有效地解决常规霍普金森压杆在长时实验时左、右行波信号重叠的问题，从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用，显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展，在测试信号不需要进行波分离处理的情况下，新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS 有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟，采用虚拟实验的方式，利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理，对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明，该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理，所得结果令人满意。
2023, 43(12): 125101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0025
摘要:
为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理的影响，设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况，对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果，利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型，系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明：相同爆炸总当量下，炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响；多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏，邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大；对比邻侧多点爆炸工况发现，炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应；全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态，并出现4处角部混凝土应力集中，而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚，仅有3处截面角部混凝土应力集中；单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小，而多点爆炸工况下多个爆炸应力波在方柱截面内部耦合叠加，中心混凝土处应力显著增大；受到应力波空间耦合叠加的影响，邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa，相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍，应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。
为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理的影响，设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况，对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果，利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型，系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明：相同爆炸总当量下，炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响；多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏，邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大；对比邻侧多点爆炸工况发现，炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应；全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态，并出现4处角部混凝土应力集中，而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚，仅有3处截面角部混凝土应力集中；单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小，而多点爆炸工况下多个爆炸应力波在方柱截面内部耦合叠加，中心混凝土处应力显著增大；受到应力波空间耦合叠加的影响，邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa，相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍，应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。
2023, 43(12): 125102.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0033
摘要:
为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能，对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验，并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型，并通过数值模拟结果与实验的对比，验证了所建模型的可靠性。在此基础上，通过数值模拟，进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标，参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下，高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度；在高聚物层外侧布置钢质薄板，可以更好地发挥高聚物层的吸能效果，对钢筋混凝土板起到更好的防护效果，且当高聚物层与前置钢板层厚度比为20时，防护效果最佳。
为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能，对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验，并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型，并通过数值模拟结果与实验的对比，验证了所建模型的可靠性。在此基础上，通过数值模拟，进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标，参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下，高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度；在高聚物层外侧布置钢质薄板，可以更好地发挥高聚物层的吸能效果，对钢筋混凝土板起到更好的防护效果，且当高聚物层与前置钢板层厚度比为20时，防护效果最佳。
2023, 43(12): 125103.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0160
摘要:
为构建爆炸荷载作用下超高性能混凝土（UHPC）板弯曲损伤等级评估的p-I（压力-冲量）曲线：采用条带法进行截面分析，建立了考虑UHPC材料拉/压软化和塑性铰影响的UHPC简支单向板的非线性抗力方程和等效单自由度（ESDOF）理论模型；通过与六炮次爆炸实验中UHPC板的挠度时程，以及UFC 3-340-02和FHWA规范推荐方法的计算结果对比，验证了本文理论模型的可靠性；基于验证的ESDOF模型，构建了评估UHPC板的不同弯曲损伤等级的p-I曲线并开展了参数影响分析，提出并验证了UHPC板弯曲损伤评估的p-I曲线经验公式。结果表明：提高混凝土强度等级和钢筋屈服强度、增加受拉钢筋配筋率和板厚，以及减小净跨均可提升UHPC板的抗爆性能。
为构建爆炸荷载作用下超高性能混凝土（UHPC）板弯曲损伤等级评估的p-I（压力-冲量）曲线：采用条带法进行截面分析，建立了考虑UHPC材料拉/压软化和塑性铰影响的UHPC简支单向板的非线性抗力方程和等效单自由度（ESDOF）理论模型；通过与六炮次爆炸实验中UHPC板的挠度时程，以及UFC 3-340-02和FHWA规范推荐方法的计算结果对比，验证了本文理论模型的可靠性；基于验证的ESDOF模型，构建了评估UHPC板的不同弯曲损伤等级的p-I曲线并开展了参数影响分析，提出并验证了UHPC板弯曲损伤评估的p-I曲线经验公式。结果表明：提高混凝土强度等级和钢筋屈服强度、增加受拉钢筋配筋率和板厚，以及减小净跨均可提升UHPC板的抗爆性能。
2023, 43(12): 125401.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0058
摘要:
为了揭示微米/纳米PMMA (polymethyl methacrylate)粉尘爆炸的抑制机理，利用同步热分析仪和20 L爆炸试验装置，对微米/纳米PMMA粉尘在抑爆粉剂NaHCO3干预下的热解动力学特性和爆炸特性展开了实验研究，分析了惰化爆炸混合体系的爆炸压力特性参数与热化学动力学参数的相关性，并探讨了基于热化学动力学的粉尘爆炸抑制机理。结果表明：NaHCO3通过物理化学协同抑制作用影响了微米/纳米PMMA粉尘的热解及氧化进程，提高了爆炸混合体系的活化能，减弱了爆炸强度；且抑爆剂粒度越小、添加比例越大，爆炸混合体系的表观活化能越大；与最大爆炸压力相比较，最大爆炸压力上升速率对爆炸体系活化能的敏感度较高，而纳米PMMA粉尘对爆炸混合体系活化能的敏感度大于微米PMMA粉尘，抑爆效果也更显著。
为了揭示微米/纳米PMMA (polymethyl methacrylate)粉尘爆炸的抑制机理，利用同步热分析仪和20 L爆炸试验装置，对微米/纳米PMMA粉尘在抑爆粉剂NaHCO3干预下的热解动力学特性和爆炸特性展开了实验研究，分析了惰化爆炸混合体系的爆炸压力特性参数与热化学动力学参数的相关性，并探讨了基于热化学动力学的粉尘爆炸抑制机理。结果表明：NaHCO3通过物理化学协同抑制作用影响了微米/纳米PMMA粉尘的热解及氧化进程，提高了爆炸混合体系的活化能，减弱了爆炸强度；且抑爆剂粒度越小、添加比例越大，爆炸混合体系的表观活化能越大；与最大爆炸压力相比较，最大爆炸压力上升速率对爆炸体系活化能的敏感度较高，而纳米PMMA粉尘对爆炸混合体系活化能的敏感度大于微米PMMA粉尘，抑爆效果也更显著。
2023, 43(12): 125402.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
摘要:
为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion，BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律，研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置，开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验，分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征，讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响，总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型，对比试验数据与简化模型预测结果，给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限；BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小，随储存介质质量的增大而增大；在BLEVE超压荷载简化计算模型中，使用Brode模型计算爆炸能量最为保守，Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果，Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果，但其结果略低于实验结果；规范建议的超压荷载计算方法中，Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。
为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion，BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律，研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置，开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验，分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征，讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响，总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型，对比试验数据与简化模型预测结果，给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限；BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小，随储存介质质量的增大而增大；在BLEVE超压荷载简化计算模型中，使用Brode模型计算爆炸能量最为保守，Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果，Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果，但其结果略低于实验结果；规范建议的超压荷载计算方法中，Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。
2023, 43(12): 125403.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0224
摘要:
在初始温度为400 K，不同的初始压力（0.1、0.2、0.4 MPa）、乙醇体积分数（20%，50%，80%）和当量比（0.8～1.4）下，采用定容燃烧弹对氢气-甲烷-乙醇的爆炸特性进行研究。将实验中获得的原始电压信号转换为压力数据并进行高斯滤波降噪处理，通过爆炸压力、压力上升率、爆炸指数和爆炸时间等相关参数来分析爆炸特性，这些参数可以用于评估可燃物爆炸强烈程度，同时对燃料的层流燃烧速度、敏感性和反应路径进行分析。结果表明：随着初始压力的增加，预混燃料的爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数和爆炸时间均显著增加。乙醇比例的增加会降低最大压力上升速率和爆炸指数，但会增加爆炸压力和爆炸时间。燃料在不同的初始压力和乙醇比例下，总在当量比为1.2～1.3之间达到爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数的极大值和爆炸时间的极小值。此外，灵敏度分析表明预混燃料的爆炸反应程度与燃烧过程中生成的H和OH自由基数量有很大关系。总体而言，研究获得的爆炸指数在大多数工况下均低于20 MPa·m/s，表明该燃料处于相对安全水平。
在初始温度为400 K，不同的初始压力（0.1、0.2、0.4 MPa）、乙醇体积分数（20%，50%，80%）和当量比（0.8～1.4）下，采用定容燃烧弹对氢气-甲烷-乙醇的爆炸特性进行研究。将实验中获得的原始电压信号转换为压力数据并进行高斯滤波降噪处理，通过爆炸压力、压力上升率、爆炸指数和爆炸时间等相关参数来分析爆炸特性，这些参数可以用于评估可燃物爆炸强烈程度，同时对燃料的层流燃烧速度、敏感性和反应路径进行分析。结果表明：随着初始压力的增加，预混燃料的爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数和爆炸时间均显著增加。乙醇比例的增加会降低最大压力上升速率和爆炸指数，但会增加爆炸压力和爆炸时间。燃料在不同的初始压力和乙醇比例下，总在当量比为1.2～1.3之间达到爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数的极大值和爆炸时间的极小值。此外，灵敏度分析表明预混燃料的爆炸反应程度与燃烧过程中生成的H和OH自由基数量有很大关系。总体而言，研究获得的爆炸指数在大多数工况下均低于20 MPa·m/s，表明该燃料处于相对安全水平。
