水下爆炸冲击波的传播特性试验研究
水下钻孔爆破水中冲击波试验研究
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ：Ｂｙ ｄ ｉ ｈ ｘｐ ｒｍｅ ｔ ｆ ｎｄ ｒ ｔ ｒ ｄｒｌｉ ａ ｔｎｇ ｉ ｈａ ｌ ｗ ｏ ｎｇ ｔ ｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ｓ ｏ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｉ ｎｇ ｂｌｓ ｉ ｎ ｓ ｌｏ ｕｎｄ ｒ ｅ ｔ ｂａ ｌ ｅ ｓ ａ ａ ｎｋ， ｈｅ ｔ ｗａ ｅ ｏ ｍ ｕｒ ｅ ｎｄ ｐｒ ｓ ｕｒ ａ ａ ｏ ｈｏ ｋ ｗａ ｅ ｉ ｔ ｒ ｗｅ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｄ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ａ ｈｅ １ ｗ ｆ ｖ ｆ ｒ ｃ ｖ ｓ ａ ｅ ｓ ｅ ｄ ｔ ｆ ｓ ｃ ｖ ｎ ｗａ ｅ ｒ ａ ｕ ｅ ． ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎｄ ｔ ａ ｏ ｉｓ ｐｒ ａ ａ ｉ ｎ ｏ ｈｏ ｋ ｗａ ｅ ｉ ｔ ｒ ｐ ｏ ｕｃ ｄ ｂｙ ｔ ｘ ｏ ｉ ｒ ｎａ ｙ ｅ Ｓ ｍｉｔ ｏｒ — ｅ — ｘｐ ｒ— ｔ ｏｐ ｇ ｔｏ ｆｓ ｃ ｖ ｎ ｗａ ｅ ｒ ｄ ｅ ｈｅ ｅ ｐｌ ｓｏｎ ｗｅ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ． ｅ — ｈｅ ｙ ｓ ｍｉｅ ｅ ｉ ｅ ｃ ｄ ｆ ｒ ｕ ａ ｏ ｈ ｈｏ ｋ ｗａ ｅ ｏ ｈｉ ｏ ｉｉ ｓ ｇｉ ｎ ａ ｄ ｗａ ｅ ｉｉ ｄ Ｓｏ ｏｒ ｅａ ｉ ｅ ｒ ｌ ｖ ｎｃ ｎ ｅ ｏ ｍ ｌ ｆｔ ｅ ｓ ｃ ｖ ｎ ｔ ｓ ｃ ｎｄ ｔｏｎ ｗａ ｖｅ ｎ ｓ ｖ ｒｆｅ ． ｍｅ ｃ ｒ ｌｔｖ ｅｅ ａ ｅ ｃ ｎｃｕｓｏ ｒ ｕｍｍａ ｉｅ ． ｕｃ ｌ ａ ｅ ｅ ｐ ｒｅ ｃ ｓ ｂ ｅ ｃ ｕｍｕｌ ｔ ｄ ｆ ｈ ｕｒ ｈ ｒ ｒ ｓ ａ ｃ ． ｏ ｌ ｉ ｎｓ ｗｅ ｅ ｓ ｒｚ ｄ Ｍ ｈ ｖａ ｕ ｂｌ ｘ ｅ ｉｎ ｅ ｈａ ｅ ｎ ａ ｃ ａ ｅ ｏｒｔ ｅ ｆ ｔ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ
钻 孔 爆 破 水 中 冲击 波 的特 性 和 传 播 衰 减 规 律 ， 给 出 了 水 中 冲击 波 的半 理 论 半 经 验 公 式 ， 并 验证 并 总 结 出
水下爆炸圆柱壳冲击波绕射特性分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎꎻ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅｓꎻ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｈｅｌｌꎻ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎꎻ ｆｌｕｉｄ￣ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ
水下爆炸圆柱壳冲击波绕射特性2????2爆炸冲击波的传播过程采用ale流固耦合法对模型进行数值仿真计算?计算得到的流场压力云图如图8所示?装药起爆后?当冲击波作用在壳体后?由于壳体内部介质为空气?大部分能量以冲击波的形式返回到流场中?形成反射冲击波?如图8a所示?反射冲击波向爆心方向传播?当传播至气泡表面后?由于气泡内部介质的阻抗低于气泡外部介质的阻抗?又有一部分能量以稀疏波的形式反射回到流场中?另一部分则透射到气泡内部?气泡反射回的稀疏波与壳体反射的稀疏波相遇后会相互叠加?使压力迅速降低?如图b?初始冲击波继续向前传播?当冲击波绕过圆柱壳顶部和底部时?形成膨胀波?冲击波的传播方向发生改变?绕过临界位置向背爆面传播?如图8cd所示?图8流场压力云图fig8pressuredistributionmapofflowfield2????3近壁面压力分析2????3????1近壁面压力空间分布取图2中所示的5个近壁面测点为研究对象?工况14的壳体厚度为10mm?对爆距r进行无量纲化处理?rrrr为壳体半径?爆距分别为0????5123?工况58在的爆距为2?壳体厚度分别为5101520mm?图910为圆柱壳表面测点ae的压力在不同工况下的时程曲线?测点位置如图2所示?当初始爆炸冲击波传播到a点后?a点出现第1次压力峰值?随后压力迅速衰减?由于壳体中应力波的反射形成了第2个压力峰值?b点处压力峰值降低?压力变化规律与a点相似?测点c位于临界点?压力峰值降低?脉宽增大?de2点压力变化规律与迎爆面测点压力变化规律差异较大?绕射冲击波的到达形成的压力值较低?脉宽增加?通过图9和图10的对比可以发现?板厚主要影响应力波的透射规律?各点的载荷时历特征受爆距参数影响更加明显?2????3????2近壁面压力峰值特征为探究冲击波近壁面压力的峰值在圆柱壳周围的分布特征?定义无量纲相对压力峰值pipmipma?其中pmi表示第i位置处的压力峰值?p变化趋势如图11所示?从图11中可以看出?pb的值最大?临界点和背爆面测点pcpdpe的值依次减小?临界点c处pc与迎爆面处的pb值相差较大?与背爆面处的pdpe值相差较小?随着爆距与板厚的增加?pbpe值也随之增大?不管爆距与结构形式如何改变?背爆面pdpe的值始终非常接近?2????3????3脉宽变化特征压力峰值所代表的是瞬时的压力?而脉宽代表了冲击波作用的时间?同样是一个重要的参量?定
水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟
正确 、 有效 ， 结果 准确 。 以此 为基 础 ， 分析 和 总结 了网格 密度 、 圆柱 形炸 药长 径 比、 爆炸 距 离、 爆炸 角
ＬＩ ｉｎ 一，ＲＯＮＧ ｉ． ａ Ｊ ｊ．． １ ｉ，ＹＡＮＧ ｎ — ｅ ，Ｚ Ｒｏ ｇｊ ＨＡＮＧ ｏ ｉ Ｔａ
（ ． ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ｎ ｅ ｅ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ １ Ｃ ｉａ １ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｉ ｃ ，Ｂ ｉｎ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｏ ｈ ｏ ｇ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ； Ｓ ｅ ｊｇ ｉ Ｔｅ ｏ ｊ
（． １ 北京理工大学 理学院，北京 １ ０ ８ ；２ 广西工学院 汽车工程 系。广西 柳州 ５ ５ ０ ； ００１ ． ４ ０ ６ ３ 北京理工 大学 材料科学与工 程学院 ，北京 １ ０８ ） ． ００ １
摘 要 ：以实验 方 法研 究球 形 ＴＮＴ炸 药及柱 形含 铝 炸 药水 中爆 炸冲 击波传 播及 气泡脉 动 规律 。
ｓ ｏ ｋ ｗａ ｅａ ｄ ｔ ｅ ｍｏ ｉｎ ｏ ｕ ｂ ｅ ｈ ｃ ｖ ｎ ｈ ｔ ｆｂ ｂ ｌ ．Ｔｈ ｆｅ ｔｏ ｒｄ ｄ ｎ ｉ ， ｌｎ ｔ — ｉｍｅ ｅ ａ ｉ ｆｃ ｌ ｄ ｉａ ｏ ｅ ｅ ｆ ｃ ｆｇ ｉ ｅ ｓｔ ｙ ｅ ｇ ｈ ｄ ａ ｔ ｒ ｒ ｔ ｏ ｙｉ ｒ ｌ ｏ ｎ ｃ
针对目前近场水中爆炸数值计算中存在的不能同时考虑冲击波传播及气泡运动的问题本文采用实验与数值计算相结合的方法对近场水域中冲击波传播及气泡脉动进行研究首先在同一水域相同位置处分别对质量相同的球形tnt及柱形含铝炸药的冲击波超压和气泡脉动压力进行测量然后采用mscdytran有限元软件对实验工况进行模拟数值计算结果与实验结果符合较好
水下爆炸瞬态水动力学效应研究
水下爆炸瞬态水动力学效应研究一、水下爆炸瞬态水动力学效应概述水下爆炸是一种复杂的物理现象，涉及到水介质中的爆炸波传播、水动力响应以及结构物的冲击效应。
随着海洋工程、事应用以及深海资源开发等领域的发展，水下爆炸瞬态水动力学效应的研究显得尤为重要。
本文将从水下爆炸的基本特性、影响因素及其在不同应用领域中的作用等方面进行探讨。
1.1 水下爆炸的基本特性水下爆炸是指在水介质中发生的爆炸现象。
与陆地爆炸相比，水下爆炸具有独特的传播机制和效应。
爆炸波在水介质中的传播速度和衰减特性与空气介质有显著差异，主要表现为爆炸波的传播速度更快，衰减更慢。
此外，水下爆炸还会产生复杂的压力波、温度波和速度波，这些波动对周围环境和结构物产生显著影响。
1.2 水下爆炸的影响因素水下爆炸的效应受到多种因素的影响，主要包括爆炸物的性质、爆炸深度、水介质的物理特性等。
爆炸物的性质决定了爆炸波的初始能量和传播特性，而爆炸深度则影响爆炸波的传播路径和衰减过程。
水介质的密度、弹性模量和粘滞性等物理特性也对爆炸波的传播和效应产生重要影响。
1.3 水下爆炸的应用领域水下爆炸在事、海洋工程、深海资源开发等多个领域有着广泛的应用。
在事领域，水下爆炸效应的研究有助于提高潜艇的隐蔽性和生存能力，同时也对水雷的布设和清除具有重要意义。
在海洋工程领域，水下爆炸效应的研究有助于评估和预防海洋设施在极端条件下的安全风险。
在深海资源开发领域，水下爆炸效应的研究则有助于提高资源开采的效率和安全性。
二、水下爆炸瞬态水动力学效应的理论研究水下爆炸瞬态水动力学效应的理论研究是理解其复杂现象的基础。
通过数学模型和数值模拟，可以深入分析爆炸波在水介质中的传播机制和效应。
2.1 数学模型的建立建立水下爆炸瞬态水动力学效应的数学模型是研究其传播机制的关键。
常用的数学模型包括流体动力学方程、热力学方程和物质守恒方程等。
这些方程描述了爆炸波在水介质中的传播过程，包括压力波、温度波和速度波的生成和传播。
水下钻孔爆破的爆炸冲击波测试与分析
ｐ （ ｔ １ ＝０ ． ３ ９ ３ ６ ｅ 一
由上 述 公 式 得 出 ， 直 击 波 衰 减 的 时 间 常 数 是
：
孔上端 直接冲 出，作为水中冲击波并在水中传播 。 上述两种传播途径 中，冲击波在岩层的传播速度要 比水 中的传播速度 快，所 以，在岩层转播的冲击波 会最快 到达 ，这种 波就是所谓的前驱波 ，需要注意 的是前驱波通过岩层面的折射，能量大大减弱。
１ ． 水 下 爆 炸 冲击 波 基本 方 程
即 ：Ｋ ６ ０ １ ． ８ ５ ：ａ － １ ． ４ ２９ 。
根 据试 验 数据 ，可 以得 出 １ ｇ与 ２ ｇ条 件 下 ，随 着 距 离 的 变 化 ， 冲 击 波 压 力 峰 值 的规 律 ，通 过对 衰 减 规 律 的 分 析 ，得 出 ：随 着 爆 心距 的增 加 ， 峰 值 压
１ ． 爆 破 冲 击 波 测 试 系 统 爆 破 冲 击 波 测 试 的组 成 主 要 有 三 部 分 ： 传 感 部 件 ，而 是信 号 放 大 部件 三 是 数 据 采 集 及 图 形 显 示 部 件 。该 系 统 的运 行 机 理主 要 是 冲 击 波 的 信 号 通 过 传
感 器 部 件 ，将 其 转 换 成 微 弱 的 电 信 号 ，然 后 通 过 信
在 本 次 试 验 中 ，一 共 测 得 的 有 效 数 据 有 ７组 ，
水深均为 １ ． ５ ｍ 。其中炸药 的位置与传感器 的距离应 该在 ０ ． ５ ｍ的地方确保 药量为 １ ｇ与 ２ ｇ各一次：１ ｍ 处 的药 量 各 一 次 ，分 别 为 ｌ ｇ与 ２ ｇ ，２ ． ４ ｍ 处 的药
会越大。 同理 ，可 以得 到 １ ｇ与 ２ ｇ的条 件 下 ，二 次 压 力 波 压 力 峰 值 变 化 规 律 在 距 离 的变 化 下 与冲 击 波 的 变
水下和空中爆炸冲击波传播特性对比分析
水下和空中爆炸冲击波传播特性对比分析张社荣1，孔源1，王高辉1,2【摘要】由于水和空气的物理属性差异以及与爆炸产物的界面作用效应不同，使得爆炸冲击波在水和空气中传播特性存在较大差异。
通过构建自由场水下和空中爆炸耦合数值仿真模型，对水下和空中爆炸冲击波传播特性进行对比分析，研究了起爆介质对冲击波峰值压力、冲量、传播速度的影响；同时考虑冲击波与自由面反射的稀疏波相互作用过程，研究了近自由面对水下和空中爆炸冲击波传播特性的影响。
研究表明，水下爆炸冲击波传播压强峰值及冲量均较空中爆炸大很多，对结构的潜在破坏能力较强；自由界面对冲击波传播特性存在较大的影响，在近自由面水下爆炸产生了冲击波水面切断及气穴现象，而在近自由面空中爆炸产生了冲击波增强效应。
【期刊名称】振动与冲击【年(卷),期】2014(000)013【总页数】6【关键词】冲击波传播特性；水中爆炸；空中爆炸；界面效应；切断效应；气穴随着精确制导武器的快速发展以及国内外恐怖袭击和意外爆炸事件不断发生，对重大建筑物结构的安全构成了巨大的威胁。
建筑物结构遭受爆炸冲击荷载的主要来源有空中爆炸和水下爆炸。
如船舰结构和水工大坝结构可能遭受来自制导炸弹的空中爆炸、鱼雷的水下爆炸等冲击荷载作用。
然而由于水和空气两种介质的物理属性存在较大差异，且爆炸产物与炸弹周围介质的相互作用效应不同，冲击波在水和空气中的传播特性存在较大的差异，导致其对结构的损伤机制、破坏程度及防护设计均有所不同。
当炸弹在近自由面水下或空中爆炸时，由于近自由面反射产生的稀疏波或冲击波与入射冲击波相互作用，自由面界面效应对冲击波的传播特性产生了较大影响，将导致近自由面爆炸的荷载特征与自由场爆炸不同。
因此研究冲击波在不同介质中的传播特性及界面效应对其传播规律的影响，对结构的抗爆防护设计具有重要意义。
爆炸是一种多学科交叉耦合的物理现象，由于它的复杂性，早期研究主要以理论和试验研究为主[1-2]。
近年来，随着计算机技术及实验手段的不断进步，与爆炸相关的理论、实验和数值模拟研究快速发展，使得数值模拟爆炸成为可能。
铝化炸药水下爆炸冲击波特性分析
铝化炸药水下爆炸冲击波特性分析摘要：本文采用一维流体动力学、与时间相关的JWL 爆轰产物状态方程以及压力指数为1/6的反应速率方程，计算分析了铝化炸药水下爆炸冲击波特征参数对反应速率的依赖关系。
结果表明，反应速率常数存在阈值，只有反应速率足够大，才能充分利用爆炸能量。
根据铝粉粒度与反应速率常数的相关性，通过控制铝粉粒度可以设计不同的能量输出特性。
关键词：铝化炸药；冲击波；水下爆炸1 引言火药和炸药的能量输出具有明显的差异。
通常火药的化学反应以燃烧方式进行，可在较长的时间内生成高温气态产物，因而具有较高的冲量输出。
而传统炸药的能量释放是以爆轰波的形式快速进行的，表现为输出压强高、时间短。
虽然两者单位质量释放的能量大小具有相同的量级，但它们的能量释放速率的差异导致了威力的不同。
在实际应用中，往往需要根据目标的爆炸毁伤特性来设计相应炸药的能量输出，因此仅采用理想炸药对爆炸能量的释放进行控制是非常有限的。
特别是对于炸药在土岩介质或水中的爆炸作用，其静态能量输出显得尤为重要。
以铝化炸药为代表的非理想炸药兼顾了火药和炸药的能量释放特性，为爆炸能量释放速率的设计提供了一种非常有效的手段。
典型的铝化炸药通常由理想高能炸药、氧化剂、铝粉和粘结剂等组分构成，其化学反应过程首先是高能炸药组分的快速爆轰，然后是其它组分非理想地低速分解或氧化反应。
因此，通过控制两步化学反应的能量分配比例和低速反应的能量释放速率，可以调整水下爆炸的冲击波能和气泡能的大小，达到对特定目标的最大毁伤效果。
有限元程序能够对铝化炸药的水下爆炸过程进行深入的分析[1]，但需要不断地重分网格，于是耗时较多。
而采用一维流体动力学描述炸药的水下爆炸效应则是一种简单、有效的方法[2]。
本文利用一维流体动力学数值计算，对低速能量释放速率与水下爆炸冲击波的相关性进行了分析。
2 一维流体动力学计算方程由于炸药的水下爆炸是包含爆轰产物和水介质两种物质的流动问题，因而适合采用Lagrangian 方法。
在水下爆炸冲击波作用下的新型冲击因子
在水下爆炸冲击波作用下的新型冲击因子水下爆炸是一种常见的爆炸形式，它在水下环境中产生的冲击波对周围环境和结构物造成了巨大的影响。
在水下爆炸冲击波作用下，会产生许多冲击因子，这些因子对于研究水下爆炸的影响和防护措施具有重要意义。
一、冲击波传播特性水下爆炸冲击波的传播特性是研究冲击因子的基础。
冲击波在水中传播时，会受到水的阻力和粘滞力的影响，使得冲击波的能量逐渐减弱。
此外，水的密度和压力也会对冲击波的传播产生影响。
因此，研究冲击波在水中的传播特性，可以帮助我们了解水下爆炸对周围环境和结构物的影响程度。
二、冲击波压力水下爆炸冲击波的压力是造成冲击因子的主要因素之一。
冲击波的压力与爆炸源的能量、距离和介质特性等因素相关。
在水中，冲击波的压力会随着距离的增加而减小，但相对于空气中的爆炸来说，水下爆炸的压力更加集中和强大。
因此，在水下爆炸冲击波作用下，周围环境和结构物所承受的压力将会很大，这是造成冲击因子的重要原因之一。
三、气泡效应水下爆炸冲击波产生的气体会形成气泡效应，这也是造成冲击因子的重要因素之一。
在爆炸发生后，爆炸源周围的水会迅速蒸发形成气体，而这些气体会形成一个或多个气泡。
这些气泡在上升过程中会带动周围的水形成一个巨大的气泡云，并造成剧烈的涡流和压力变化。
这种气泡效应会对周围环境和结构物产生巨大的冲击力和摩擦力，从而造成冲击因子。
四、声波效应水下爆炸冲击波产生的声波也是造成冲击因子的重要原因之一。
爆炸产生的冲击波会引起周围水分子的振动，从而形成声波。
这些声波在水中传播时会引起压力变化和震动效应，对周围环境和结构物产生影响。
声波效应不仅会造成物体振动和位移，还会对水下生物产生伤害。
因此，在进行水下爆炸研究时，需要考虑声波效应对周围环境和结构物的影响。
五、沉积物悬浮水下爆炸冲击波作用下，爆炸产生的能量会使得底部沉积物悬浮起来，形成一个底部悬浮云。
这种沉积物悬浮现象会对周围环境和生态系统产生影响。
沉积物悬浮不仅会改变水质，还会对水下生物产生伤害，并且对于海底设施和管道等结构物也会造成损坏。
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水下爆炸冲击波的传播特性试验研究
水下爆炸对构筑物的破坏主要表现为冲击波和气泡脉动效应。
一般而言,气泡脉动通常起附加破坏作用,而冲击波起决定性作用。
水下爆炸冲击波的传播规律及其动力效应是水利水电工程、航运工程和爆破工程等领域关注的一个重要问题,直接关系到水下设施的安全和容器状构筑物爆破拆除参数的合理选取,因而具有重要的工程价值和理论意义。
本文以水下爆炸冲击波效应为研究契机,在有限的钢板水箱水域内开展了水冲击波试验研究。
首先,通过现场试爆及其现象分析,得出了药包布置原则；其次,利用高速摄影技术再现了水下爆炸冲击波波阵面的动态传播过程,并得出波阵面传播速度及其传播规律；根据水冲击波波阵面传播速度,得出不同距离处的峰值压力,并对水冲击波峰值压力、传播距离及药量关系进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波压力计算经验公式。
最后,选取水压爆破拆除工程实例,对试验结果进行验证,说明了药包布置原则的合理性、实用性。
主要得出以下结论：(1)利用高速摄影技术来观测水下爆炸冲击波的传播过程及测试其峰值压力是切实可行的；(2)试验条件一定,水下爆炸冲击波波阵面传播速度从零急剧上升到某一值,随后以波动形式迅速衰减,最终趋向于某一稳定值；(3)相同试验条件下,药量越大,水冲击波波阵面传播速度上升及衰减越快,且二次波峰值压力越大：(4)根据冲击波波阵面水动力学量之间的关系,得出水下爆炸冲击波波阵面传播速度所对应的峰值压力,并对其峰值压力、传播距离及药量进行分析,从而得出了小药量水下爆炸冲击波峰值压力计算经验公式,即当比例半径r/r0>5.649
时,Pm=105.472(Q1/3/R)1.65；(5)在水压爆破工程中,对于开口式容器状构筑物,为提高炸药能量利用率,降低其能量损耗,则要求药包的入水深度h至少要大于容器内壁到爆心的距离R,即h>R；(6)药包布置位置要尽可能使冲击波波阵面同一时刻达到容器状构筑物侧壁,使容器状构筑物受力均匀为原则；(7)为减少自由水面卸载所造成的能量损失,条件适合时可在开口式容器状构筑物中注满水并对顶部做封闭措施。