Взрывные нагрузки и изменчивость цилиндрических снарядов при различной ориентации заряда

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6719 (2023) Цитировать эту статью

289 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Цилиндрические снаряды широко используются в общественных зданиях и в сфере военной защиты, и они сопряжены с высоким риском террористических атак и военных нападений. Разработка противовзрывной конструкции цилиндрических корпусов имеет большую социальную пользу, при этом необходимо учитывать форму здания. и форма взрывных волн. В данной работе на внешней поверхности чешуйчатой ​​цилиндрической оболочки были взорваны цилиндрические заряды в пяти направлениях, измерены взрывные нагрузки цилиндрической оболочки и сфотографированы взрывные волны. Изменение взрывной нагрузки анализируется путем объединения результатов испытаний и моделирования, разница в пиковом избыточном давлении взрывных волн на торце между пятью ориентациями составляет почти вдвое. Взрывные нагрузки в осевом направлении цилиндрических зарядов имеют вторичное пиковое явление, а взрывные нагрузки между осевым направлением и радиальным направлением цилиндрических зарядов резко изменяются под определенным углом. Методы эксперимента и моделирования служат основой для создания базы данных о взрывных нагрузках типичных зданий.

В последние годы участились случайные взрывы и теракты, при этом количество терактов выросло более чем до 10 000 раз в год, более половины из которых являются взрывами (рис. 1а). Цилиндрические снаряды (рис. 1б, в) широко используются в военных областях и важной инфраструктуре, которые подвергаются большему риску военных атак и террористических атак, они имеют большую социальную пользу для повышения взрывостойкости цилиндрических снарядов1,2.

исследовательская мотивация. (а) Глобальное распространение террористических атак3. (б) Мобильный ангар. (c) Надувной стадион.

При противовзрывном проектировании зданий в первую очередь необходимо учитывать взрывные нагрузки зданий, раньше ученые больше внимания уделяли сферическим зарядам4,5 и взрывным нагрузкам плоских плит6,7, широко используемые эмпирические формулы были предложены Кингери и Булмаш8, которые также были записаны в руководствах по проектированию9 и численных программах10, однако эти эмпирические формулы существенно различаются при взрывах в ближнем поле, что часто связывают с изменчивостью взрывных волн из-за того, что физический механизм этого явления не совсем понятен11,12. Однако метод представления масштабированного расстояния в эмпирической формуле по умолчанию рассматривает взрывные волны как сферические волны. из-за формы зарядов даже сферические заряды трудно взорвать симметрично в реальных испытаниях14. Непонятна изменчивость нагрузки, вызванная игнорированием направленности взрывных волн.

Геометрическая форма зданий также оказывает важное влияние на взрывные нагрузки15,16,17,18, нет подробных данных испытаний на взрывные нагрузки цилиндрических снарядов19, а данные испытаний на взрывы в ближнем поле очень скудны из-за традиционных манометров. не выдерживает такого большого давления и высокой температуры пламени20, а также ограничено количеством манометров. Таким образом, для облегчения анализа взрывных нагрузок сложное распространение взрывных волн было зафиксировано методами высокоскоростной фотосъемки и полностью проверена точность численной модели.

В этой статье также учитывалось влияние таких детальных факторов, как форма заряда и конфигурация детонации13,21,22,23, а объектом взрывных нагрузок была выбрана цилиндрическая оболочка с меньшими данными испытаний24. Учитывая, что скорость реакции строительной конструкции мала и эффект связи с взрывной волной невелик, для испытания взрывных нагрузок используется жесткая модель25,26,27. Были получены статические изображения, интуитивно показывающие взрывные волны посредством обработки пикселей28, а также подробные данные испытаний взрывных нагрузок на цилиндрическую оболочку. Влияние ориентации зарядов и процесс формирования взрывных нагрузок анализировались с помощью испытаний и моделирования.