爆炸的破壞形式及破壞力課件

第4講爆炸的破壞形式及破壞力爆炸的破壞形式及破壞力§4.1爆炸的破壞形式

爆炸的破壞形式通常有直接爆破作用、沖擊波的破壞作用和火災(zāi)等三種。4.1.1直接的爆破作用

爆炸物質(zhì)爆炸后對(duì)周圍設(shè)備和建筑物的直接的破壞作用。這種破壞作用的大小決定于爆轟波陣的壓力和爆炸壓力的大小以及爆炸產(chǎn)物在作用目標(biāo)上所產(chǎn)生的沖量。爆炸的破壞形式及破壞力

它直接造成機(jī)械設(shè)備、裝置、容器和建筑物的毀壞和人員的傷亡，后果往往是嚴(yán)重的。機(jī)械設(shè)備和建筑物被沖擊后，會(huì)變成碎片飛出。碎片一般在100m~500m內(nèi)飛散，會(huì)在相當(dāng)范圍內(nèi)造成危險(xiǎn)。在一些爆炸事故中。由于爆炸碎片擊中人體造成的傷亡常占較大的比例。爆炸的破壞形式及破壞力

爆炸物質(zhì)爆炸時(shí)．產(chǎn)生的高溫高壓氣體產(chǎn)物以極高的速度膨脹，象活塞一樣擠壓其周圍空氣，把爆炸反應(yīng)釋放出的部分能量傳給這壓縮的空氣層，空氣受沖擊而發(fā)生擾動(dòng)，使其壓力、密度等產(chǎn)生突躍變化，這種擾動(dòng)在空氣中傳播就成為沖擊波。4.1.2沖擊波的破壞作用沖擊波的形成爆炸的破壞形式及破壞力

沖擊波的傳播速度極快，它可以在周圍環(huán)境中的固體、液體、氣體介質(zhì)(如金屬、巖石、建筑材料、水、空氣等)中傳播。在傳播過(guò)程中，可以對(duì)周圍環(huán)境中的機(jī)械設(shè)備和建筑物產(chǎn)生破壞作用和使人員傷亡。沖擊波還可以在它的作用區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生震蕩作用，使物體因震蕩而松散甚至破壞。沖擊波的破壞爆炸的破壞形式及破壞力

沖擊被的破壞作用主要是由其波陣面上的超壓引起的。在爆炸中心附近，空氣沖擊被波陣面上的超壓可達(dá)幾個(gè)甚至十幾個(gè)大氣壓。沖擊波在傳播過(guò)程中超壓降低很快。

空氣沖擊波壓力曲線爆炸的破壞形式及破壞力破壞等級(jí)建筑物破壞程度超壓ΔPk/105pa1磚木結(jié)構(gòu)完全破壞>2.02磚墻部分倒塌或缺裂、土房倒塌1.0~2.03木結(jié)構(gòu)梁柱傾倒，部分折斷，磚結(jié)構(gòu)屋頂掀掉，墻部分移動(dòng)或裂縫，土墻開(kāi)列或部分倒塌0.5~1.04木板隔墻破壞，木屋架折斷，頂棚部分破壞0.3~0.55門窗破壞，屋面瓦大部分掀掉，頂棚部分破壞0.15~0.36門窗部分破壞，玻璃破碎，屋面瓦部分掀掉，頂棚抹灰脫落0.07~0.157磚墻部分破壞，屋面瓦部分翻動(dòng)，頂棚抹灰部分脫落0.02~0.078房屋玻璃完全無(wú)損0.001~0.05

表3-10不同超壓沖擊波對(duì)建筑物的破壞程度爆炸的破壞形式及破壞力

為防止沖擊波對(duì)周圍建筑物的破壞，可確定一個(gè)距爆炸物質(zhì)存放地點(diǎn)的安全距離。安全距離可參考下式進(jìn)行計(jì)算：Rs—周圍建筑物距爆炸物質(zhì)的安全距離，m；

Wb—炸藥重量（kg）

K一安全系數(shù)。安全系數(shù)K的值決定于建筑物所要求的安全等級(jí)及周圍有無(wú)防爆土圍墻。K值參見(jiàn)表3-11。爆炸的破壞形式及破壞力爆炸的破壞形式及破壞力

通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)得知，沖擊波對(duì)人體的傷害作用主要是破壞人體血管、肺細(xì)胞及支氣管，亦能傷害胃腸及隔膜。超壓ΔPk/105pa損傷程度損傷等級(jí)<0.2無(wú)傷無(wú)傷0.2~0.3輕微挫傷輕微0.3~0.5聽(tīng)覺(jué)器官損傷，中等挫傷骨折等中等0.5~1.0內(nèi)臟嚴(yán)重挫傷，可引起死亡嚴(yán)重>1.0可大部分死亡極嚴(yán)重

沖擊波對(duì)人損傷程度爆炸的破壞形式及破壞力

普通炸藥在空氣中爆炸，使人致死距離可按下式估算：Rm—使人致死距離，m；爆炸的破壞形式及破壞力

爆炸發(fā)生后，爆炸氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散只發(fā)生在極其短促的瞬間，對(duì)一般可燃物來(lái)說(shuō)，不足以造成起火燃燒，而且沖擊波造成的爆炸風(fēng)且還有滅火作用。但是建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，會(huì)把從破環(huán)的設(shè)備內(nèi)部不斷流出的可燃?xì)怏w或易燃、可燃液體的蒸氣點(diǎn)燃，也可能把其它易燃物點(diǎn)燃引起火災(zāi)。

4.1.3造成火災(zāi)爆炸的破壞形式及破壞力（1）壓縮波的基本概念P0PxF未擾動(dòng)區(qū)P1Px擾動(dòng)區(qū)P0§4.2沖擊波爆炸的破壞形式及破壞力在無(wú)限長(zhǎng)氣筒活塞右側(cè)充滿壓力為P0的氣體，當(dāng)活塞在壓力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在活塞中產(chǎn)生一個(gè)自左向右傳播的波，擾動(dòng)傳播后，使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(P、ρ、T)增加，這樣的波稱為壓縮波。反之，波陣面過(guò)后使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(P、ρ、T)降低的波，稱為稀疏波。聲波——擾動(dòng)區(qū)內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是振動(dòng)的，即有周期性，有壓縮也有稀疏，所以既不是壓縮波也不是稀疏波。聲速對(duì)于理想氣體爆炸的破壞形式及破壞力

以上提到的壓縮波、稀疏波以及聲波，都有一個(gè)共同特點(diǎn)：波陣面處的狀態(tài)參數(shù)是個(gè)微分量，未擾動(dòng)區(qū)到擾動(dòng)區(qū)的狀態(tài)參數(shù)是漸變的，這種擾動(dòng)稱為弱擾動(dòng)，這些波都稱為弱擾動(dòng)波。弱擾動(dòng)波的波速度均等于該介質(zhì)中的聲速。爆炸的破壞形式及破壞力（2）沖擊波的形成爆炸的破壞形式及破壞力

當(dāng)活塞從靜止?fàn)顟B(tài)向右作等加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞右側(cè)鄰近的介質(zhì)首先受到壓縮，壓力、密度增大，這種狀態(tài)的變化向右傳播開(kāi)去，形成一右行弱壓縮波。當(dāng)活塞再作等加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，則在已經(jīng)被第一個(gè)弱壓縮波擾動(dòng)過(guò)的介質(zhì)中又有一個(gè)新的弱壓縮波傳播。顯然，倘若活塞做連續(xù)等加速度運(yùn)動(dòng)，便有一系列相應(yīng)的弱壓縮波向右傳播，介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生連續(xù)的變化。爆炸的破壞形式及破壞力

可見(jiàn)，當(dāng)活塞做連續(xù)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其右側(cè)便產(chǎn)生一系列的壓縮波，并且后者的波速大于前者的波速，后波追趕前波，一旦后面的壓縮波都趕上了第一個(gè)波，便迭加形成了壓力突躍升高的沖擊波，它的波陣面是突躍面，波陣面上壓力、密度、溫度和介質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)都突躍升高。由此得出，沖擊波是波陣面過(guò)后，介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)突躍變化的一種強(qiáng)壓縮波。波陣面的傳播速度稱為沖擊波波速。爆炸的破壞形式及破壞力

現(xiàn)分析每道波的波速。

第1道波：

第2道波：

第n道波：

根據(jù)壓縮波特性，顯然有：

所以爆炸的破壞形式及破壞力

如果這時(shí)活塞速度不變，繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，則波陣面壓力、波速等沖擊波參數(shù)保持恒定，即沖擊波定常傳播。但是，若活塞停止運(yùn)動(dòng)，沖擊波的傳播不能連續(xù)得到外部能量的支持，即形成沖擊波的自由傳播。這時(shí)，在沖擊波傳播過(guò)程中，波速即行下降，波陣面壓力等參數(shù)相應(yīng)衰減，直至變成為聲波（或應(yīng)力波）。由此得出，沖擊波傳播過(guò)程中要保持其固定的波速和波陣面的壓力，則必須不斷從外部獲得能量的補(bǔ)充。爆炸的破壞形式及破壞力平面正沖擊波的傳播（3）沖擊波的基本方程爆炸的破壞形式及破壞力

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)流入與流出波陣面的物質(zhì)的質(zhì)量相等。即：

根據(jù)動(dòng)量守恒定律，運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)量的變化等于外力作用的沖量。：

由能量守恒定律：系統(tǒng)內(nèi)能量的變化應(yīng)等于外力所做的功，介質(zhì)的能量是其內(nèi)能和動(dòng)能之和。（4-1）（4-2）（4-3）爆炸的破壞形式及破壞力單位時(shí)間內(nèi)從右邊流入波陣面的介質(zhì)的能量：向左流出波陣面的介質(zhì)能量為：右邊的未擾動(dòng)的介質(zhì)壓力所做的功左邊介質(zhì)壓力所做的功爆炸的破壞形式及破壞力整理經(jīng)變換之后，可得沖擊波基本方程：其中V為比容：（4-1A）（4-2A）（4-3A）爆炸的破壞形式及破壞力如果介質(zhì)為理想氣體，則其狀態(tài)方程為：理想氣體的內(nèi)能為：代入（4-3A）得：（4-4）（4-3B）

其為理想氣體的沖擊波絕熱方程或Hugoniot方程。其中絕熱指數(shù)，，一般取1.4.爆炸的破壞形式及破壞力

將方程（4-3B）繪在P-V圖，得到一向上凹的曲線，稱為空氣沖擊波絕熱曲線。沖擊絕熱曲線方程和波速線

將方程（4-2A）繪在P-V圖，得到一直線，稱為波速線。

沖擊波絕熱曲線是不同強(qiáng)度的沖擊波通過(guò)同一介質(zhì)初態(tài)時(shí)，所達(dá)到的一系列終態(tài)點(diǎn)聯(lián)成的曲線，而不是過(guò)程線。

沖擊波的波速線是相同的沖擊波傳過(guò)具有同一初始狀態(tài)的不同介質(zhì)所達(dá)到的終點(diǎn)狀態(tài)的連線爆炸的破壞形式及破壞力（4）沖擊波特點(diǎn)：（1）沖擊波波陣面前后介質(zhì)狀態(tài)在極小范圍內(nèi)發(fā)生突躍變化，其差值為有限量；（2）沖擊波傳播速度永遠(yuǎn)大于未擾動(dòng)介質(zhì)中的聲速；對(duì)于已擾動(dòng)介質(zhì)，其傳播速度小于該介質(zhì)當(dāng)?shù)芈暡ㄋ俣?；?）沖擊波波速與其強(qiáng)度有很大關(guān)系，而聲波則不然。（4）沒(méi)有外界能量的支持，沖擊波傳播因消耗能量而逐漸衰減為音波而趨于消失。爆炸的破壞形式及破壞力

沖擊波的波陣面上的超壓與產(chǎn)生沖擊波的能量有關(guān)。在其它條件相同的情況下，氣體爆炸能量越大，沖擊波強(qiáng)度越大，波陣面上的超壓也越大。在平坦地形條件下，可按下式計(jì)算超壓：（5）沖擊波的超壓爆炸的破壞形式及破壞力

爆炸氣體產(chǎn)生的沖擊波是主體沖擊波，它以爆炸點(diǎn)為中心，以球面向外擴(kuò)展傳播。隨半徑增大，波陣面表面積增大，超壓逐漸減弱，最后超壓(△P)趨向于零，沖擊波變成聲波。爆炸的破壞形式及破壞力4.3.1物理爆炸時(shí)破壞力的計(jì)算§4.3爆炸破壞力的計(jì)算

當(dāng)帶壓容器內(nèi)介質(zhì)為壓縮氣體時(shí)，發(fā)生物理爆炸時(shí)的破壞力，相當(dāng)于該氣體絕熱膨脹時(shí)所作的功，或按下式進(jìn)行計(jì)算：

介質(zhì)為壓縮氣體時(shí)的計(jì)算爆炸的破壞形式及破壞力L1一氣體容器的爆炸力，J；P一氣體的壓力(絕對(duì)壓力)，Pa；V一容器的容積,m3；K一氣體的絕熱指數(shù)，即氣體的定壓比熱與定容比熱之比，想氣體的K值，1≤K≤5/3；單、雙、三原子氣體K值見(jiàn)表4-7、常用氣體K值見(jiàn)表4-8。爆炸的破壞形式及破壞力爆炸的破壞形式及破壞力

通常用液體加壓時(shí)所做的功作為常溫液體壓力容器爆炸時(shí)釋放的能量，計(jì)算公式如下：

介質(zhì)全部是液體時(shí)的計(jì)算式中W一常溫液體壓力容器爆炸時(shí)釋放的能量，J；

P一液體壓力，kgf／cm2(絕對(duì))；

V一容器容積，cm3；

βt—液體在壓力P和溫度t下的壓縮系數(shù)，cm2／kgf。爆炸的破壞形式及破壞力4.3.2化學(xué)爆炸破壞力的計(jì)算理論計(jì)算的三點(diǎn)假論：①爆炸物質(zhì)的爆炸過(guò)程是一定容過(guò)程；②爆炸過(guò)程是絕熱過(guò)程；③爆炸產(chǎn)物的熱容只是溫度的函數(shù)。根據(jù)反應(yīng)熱來(lái)計(jì)算最高爆炸溫度步驟：（1）寫出爆炸反應(yīng)方程式；（2）爆炸產(chǎn)物的平均熱容；（3）由熱平衡式計(jì)算最高爆炸溫度。

爆炸的最高溫度計(jì)算爆炸的破壞形式及破壞力

由于爆炸的氣體產(chǎn)物溫度很高，可以用氣體狀態(tài)方程計(jì)算最高爆炸壓力。

爆炸的最大壓力計(jì)算

爆炸后：由以上兩式可得：爆炸的破壞形式及破壞力爆炸的破壞形式及破壞力爆炸的破壞形式及破壞力爆炸壓力的測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖3-3所示。

爆炸的最大壓力測(cè)定爆炸的破壞形式及破壞力

爆炸容器為一個(gè)容積為10L的中空球體，球體壁上安有測(cè)壓傳感器，點(diǎn)火電極設(shè)在球體中心。實(shí)驗(yàn)首先將爆炸容器抽真空，充入可燃?xì)怏w，用單管水銀壓力計(jì)控制可燃?xì)獬淙肓?，再充入空氣?atm。由半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)出混合氣體的初始溫度，再由觸發(fā)電路使電極點(diǎn)火，使爆炸容器內(nèi)的混合氣體發(fā)生爆炸。用壓力傳感器記下壓力，并同時(shí)記下時(shí)間標(biāo)。這樣即可同時(shí)測(cè)出最大爆炸壓力和壓力上升速度。爆炸的破壞形式及破壞力

可燃?xì)怏w或蒸汽產(chǎn)生最大爆炸壓力的濃度是一個(gè)定值，它比化學(xué)計(jì)算濃度高一些。測(cè)試出的七種可燃?xì)怏w的最大爆炸壓力和壓力上升速度列于表3-7中。

爆炸性混合氣體的爆炸壓力越高、壓力上升速度越快，則其安全性越差，危險(xiǎn)性越大。爆炸的破壞形式及破壞力

爆炸能量估算

化學(xué)反應(yīng)所放出的能量可根據(jù)參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w量和它的燃燒熱(高發(fā)熱值)直接計(jì)算得到：E—化學(xué)爆炸時(shí)的爆炸能量（kJ）；V—參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，m3；QV—可燃?xì)怏w的發(fā)熱值；爆炸的破壞形式及破壞力

可是，在大多數(shù)情況下，參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w的量是難以計(jì)量的。因此，要進(jìn)行計(jì)算必須首先估計(jì)參與反應(yīng)的可燃?xì)怏w量。如果混合氣中含氧量充裕，就只要估計(jì)可燃?xì)怏w量；如果可燃?xì)鉂舛群芨?，含氧濃度低，不能充分燃燒，就要估算能與氧反應(yīng)的可