汽车炸弹爆炸冲击波超压预测及其应用

论文摘要

基于炸药爆炸可能造成的严重破坏和巨大损失,炸药越来越频繁地成为恐怖主义活动的主要武器,并对国际社会的和平与安宁造成了巨大的威胁。因此,对炸药爆炸的荷载效应及其相关领域的课题研究也受到了国内外研究人员的广泛关注。本文以爆炸力学等众多相关文献为理论编制了结构外抗爆防护栏布置设计的可视化程序,并利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了爆炸冲击波在遇到建筑物时的传播规律及其对建筑物的作用荷载,主要研究工作及创新成果包括以下几个方面:（1）研究了爆炸荷载的传播规律及爆炸波参数经验公式,并利用相关规范及试验数据曲线开发了爆炸荷载下结构表面压力和脉冲的可视化显示及抗爆减灾防护栏设置的软件,并将软件计算结果与经验公式计算结果进行了对比,得到了很好的吻合度,证明了程序的可靠性;（2）综合流体计算力学、结构动力学及爆炸力学的相关理念,采用显示动力非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟了汽车炸弹在半无限空气域中近地面爆炸产生的爆轰波的传播规律与特性,分析了数值计算时网格尺寸的影响,并选取了精度较高的网格模型的计算结果与近地爆炸经验公式计算结果进行了比较表明用有限元动力分析软件LS-DYNA来模拟爆炸是切实可行的;（3）建立了汽车炸弹爆炸波向单个建筑物传播的数值分析模型,模拟了爆炸冲击波在空气中遇到建筑物后的传播过程,同时研究了建筑物上各表面的爆炸荷载分布规律;（4）最后模拟了在建筑外设置防爆墙时汽车炸弹爆炸波的传播规律和防爆墙对冲击波的阻挡作用,同时分析了防爆墙的防护效果,之后通过改变模型参数分析了防爆墙高度及防爆墙与建筑物之间的设置距离对防护效果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要工作
• 第2章 爆炸冲击波理论基础
• 2.1 爆炸冲击波的形成与传播
• 2.2 自由空气中爆炸波参数与经验公式
• 2.2.1 峰值超压
• 2.2.2 正压区作用时间
• 2.2.3 比冲量
• 2.3 爆炸冲击波的反射与环流
• 2.3.1 正反射
• 2.3.2 规则斜反射
• 2.3.3 马赫反射
• 2.3.4 环流作用
• 2.4 爆炸冲击波对建筑结构的作用特点
• 2.5 数值模拟技术的应用
• 2.5.1 数值计算的地位
• 2.5.2 LS-DYNA 简介
• 2.5.3 显示分析理论
• 2.5.4 主要算法
• 2.6 本章小结
• 第3章 爆炸冲击波超压预测及抗爆防护栏布置程序
• 3.1 空气中TNT 爆炸冲击波超压预测理论
• 3.1.1 入射与正规反射波参数计算
• 3.1.2 非正规反射波参数Pr，Ir 的计算
• 3.1.3 程序计算结果与经验公式对比
• 3.2 程序流程图
• 3.3 结构外TNT 爆炸后结构表面超压的可视化实现
• 3.3.1 可视化步骤
• 3.3.2 程序功能及示例
• 3.4 结构外抗爆防护栏布置的辅助设计
• 3.4.1 可视化步骤
• 3.4.2 程序功能及示例
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽车炸弹爆炸冲击波传播的数值模拟
• 4.1 近地爆炸冲击波超压经验公式
• 4.2 数值计算的状态方程与材料模型
• 4.2.1 空气的状态方程与材料模型
• 4.2.2 炸药的材料模型与状态方程
• 4.2.3 地面与障碍物的材料模型
• 4.3 近地爆炸半无限空气域中数值计算
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 作用于单个建筑上的爆炸荷载
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 动态显示分析
• 4.4.3 超压时程分析
• 4.5 防爆墙的抗爆防护作用
• 4.5.1 计算模型
• 4.5.2 防爆墙的防护效果分析
• 4.5.3 防爆墙布置位置的影响
• 4.5.4 防爆墙高度的影响
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 程序 PSO 的部分源程序