学文网摘要:对爆炸的一些基本概念做了 简单的介绍，包括爆炸的定义、爆炸后空气冲击波的形成与传播规律以及空气冲击波对目标的作用。常规武器地面爆炸空气冲击波波形可取按等冲量简化的无升压时间的三角形，规范给出了常规武器地面爆炸冲击波最大超压和地面爆炸空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间的计算公式。
关键词:爆炸定义爆炸过程爆炸对目标的作用
中***分类号：O643.2+21 文献标识码：A 文章编号：
1引言
炸药在爆炸过程中有大量的爆炸气体（或爆炸产物）产生 ，而气体因高压的缘故，又要迅速向外膨胀而形成冲击波，进而照成建筑物的破坏或受到震动。因此，全面准确地认识并掌握爆炸冲击波的形成与传播原理和描述方法对于结构动力学响应分析至关重要[8]。
2爆炸的定义
爆炸一般是指在极短时间内，释放出大量能量，产生高温，并放出大量气体，在周围的介质中造成高压的化学反应或状态变化。爆炸的类型很多，例如炸药爆炸（常规武器爆炸、核炸弹）、煤气爆炸、筒仓内粉尘爆炸、锅炉爆炸、矿井瓦斯爆炸、汽车等物体燃烧时一起的爆炸等。爆炸对建筑物的破坏程度与爆炸类型、爆炸源能量大小、爆炸时周围环境以及建筑物本身的振动特性有关[2]。
爆炸对周围环境及周围介质的作用和爆炸的具体情况有关。爆炸分为空中爆炸、底下爆炸和水下爆炸三种。这三种爆炸的共同点是，爆炸发生时产生的高温高压气体产物迅速向其周围扩散传播，周围介质的温度和压力骤然升高，形成超压（Overpressure），根据介质特性的不同按相应的规律传播。本课题只研究空中爆炸的情况[3]。
空中爆炸爆心在离地面高度为h处发生的爆炸，此时有爆心产生的初始冲击波的查在不考虑发射等复杂情况时入***1所示。超压的大小依周围空气的条件而定。由于高空的空气阻力一般比靠近地面附近小，所以超压值在靠近地面时较大。
***1 空中爆炸的初始激波超压等值线
炸药爆炸时，高密度的高压爆炸气体产物高速膨胀，周围介质受到冲击压缩而形成突变的界面，即所谓冲击波阵面。冲击波又称激波，激波的传播是超声速流的最主要特征。超声速飞行的飞行器也可在介质中形成激波。激波的研究是气体动力学的一个重要课题。
3空气中炸药的爆炸过程
3．1炸药爆炸后空气冲击波的形成与传播规律
一般认为，当爆炸产物停止膨胀时，空气冲击波就与爆炸产物分离。并独自向前传播。爆炸空气冲击波在传播过程中，拨的前沿以超声速传播，而正压区的尾部是以与压力P0相对应的声速传播，所以正压区被不断拉宽，受压缩的空气量不断增加，使得单位质量空气的平均能量不断下降。此外，冲击波的传播过程是不等嫡的，存在着因空气决热压缩而产生的不可逆的能量损失。冲击波强度越大，这种不可逆能量的损失越大。因此，空气冲击波传播过程中波阵面压力在初始阶段衰减快，后期衰减平缓，传播到一定距离后，冲击波衰减为音波。爆炸空气冲击波的传播如***2所示。
***2 爆炸空气冲击波的传播示意***
3.2相似律在空气爆炸中的应用
大量的实验研究结果表明， 炸药在空气中爆炸存在相似律，目前，爆炸空气冲击波三个基本参数值超压、正压作用时间和比冲量的计算，均根据相似理论基础、通过量纲分析和实验标定的方法得到相应的经验计算公式。
爆炸空气冲击波峰值超压的计算公式
爆炸在空气中爆炸时，影响爆炸空气冲击波峰值压力的主要因素有炸药能量，空气初始状态的压力和密度以及爆炸空气冲击波的传播距离。超压可以表示为
（1-1）
通过量纲分析爆炸空气冲击波峰值压力可以表示为如下的形式
(1-2)
上式表明，影响超压的主要因素药量与距离在组成的形式以后，超压就变成仅是这样一个变量的函数了。由于函数总可以展开成幂函数形式
（1-3）
以上各式中，为爆炸空气冲击波的传播距离；为装药量；称为对比距离；各系数，，，由实验来确定。
正压区作用时间的计算
炸药在空中爆炸时，正压作用时间是决定爆炸空气冲击波对周围结构能否进行破坏的一个重要参数。正压作用时间，主要取决于炸药爆炸能量、空气的初始密度、压力以及爆炸空气冲击波的传播距离。因此，可以表示为
（1-4）
同样利用量纲分析的方法可以得到
（1-5）
3.3国家规范
常规武器地面爆炸空气冲击波波形可取按等冲量简化的无升压时间的三角形（***3）
常规武器地面爆炸冲击波最大超压（N/mm2）可按下式计算
（1-6）
式中C—等效TNT装药量（kg），应按国家现行有关规定取值；
R—爆心至作用点的距离（m），爆心至外墙外侧水平距离应按国家现行有关规定取值。
***3 常规武器地面爆炸空气冲击波简化波形
地面爆炸空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间，可以按下式计算：
（1-7）
4 空气冲击波对目标的作用
爆炸冲击波对结构产生的何在主要分为两种，即冲击波超压和冲击波动压。爆炸发生在空气介质时，反应区内瞬时形成的极高压力与周围未扰动的空气处于极端不平衡状态，于是形成一种高压波从爆心向外运动，这是一个强烈挤压邻近空气并不断向外扩展的压缩空气层，它的前沿，又称波阵面，犹如一道运动着的高压气体墙面。这种由于气体压缩而产生的压力即为冲击波超压。此外，由于空气质点本身的运动也将产生一种压力，即冲击波动压。假设爆炸冲击波运行时碰到一封闭结构，在直接超遇冲击波的墙面（称为前墙）上冲击波产生正反射，前墙瞬时受到骤然增大的反射超压，在前墙附近产生高压区，而此时作用于前墙上的冲击波动压值为零。这时的发射超压蜂值可按如下公式计算：
（1-8）
式中——最大的反射超压（kPa）；
——入射波波阵面上的最大超压（kPa）；
——反射系数，取值2~8
爆炸冲击波除作用于结构物正面产生超压外，还绕过结构物运动，对结构产生动压作用。由于结构物形状不同，墙面相对于气流流动方向的位置也不同，因而不同墙面所受到的动压作用压力值也不同。这个差别可以用实验确定的表面阻力系数Cd来表示。这样动压力作用引起的墙面压力等于，因此前墙压力从衰减到，以后整个前墙上单位面积平均压力可由下式表示：
（1-9）
式中——整个前墙单位面积平均压力（kPa）；
Cd——表面阻力系数，有实验确定，对矩形结构物取1.0；
——冲击波产生的动压（kPa）
对结构物的顶盖、侧墙及背墙上每一点压力自始至终为冲击波超压与动压作用之和，计算公式同式（1-9）。所不同的是，由于涡流等原因，侧墙、顶盖和背墙在冲击波压力作用下受到吸力作用，因此Cd取负值。所以对矩形结构物来讲，作用于前墙和后墙的压力波不仅在数值大小上有 差别，而且作用时间也不尽相同。因此结构物受到巨大的挤压作用，同时由于墙后压力差，使得整个结构物受到巨大的水平推力，可能使得整个结构平移和倾覆[15]。
对于细长形目标如烟筒、塔楼以及桁架杆件等，它们的横向线性尺寸很小，结构物四周作用有相同的冲击波超压值和不同的动压值，整个结构物所受的合力就只有动压作用。因此由于动压作用，这种细长形结构物容易遭到抛掷和弯折。
近年来，炸弹爆炸袭击和恐怖威胁事件不断上升。对爆炸相关理论的深入研究有更加现实的意义。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准. 人民防空地下室设计规范(GB GB50038-2005). 北京:中国建筑工业出版社, 2006.:10-20
[2] 中华人民共和国国家标准. 建筑结构荷载规范(GB 50009-2011). 北京:中国建筑工业出版社, 2011
[3] 李峰. 玻璃幕墙结构在爆炸荷载作用下的动力响应分析. 长安大学, 2009, (5): 14-15,35-36
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