爆炸冲击波作用下的人体创伤及泡沫材料对冲击波的衰减机理研究
本文是博士论文，本课题将通过理论研究、物理试验和数值模拟三种手段，探讨爆炸冲击波对人体创伤与泡沫对冲击波衰减的规律。
1.1选题的背景及意义
近年来，发生在战争、冲突和恐怖袭击中的爆炸事件，严重威胁了人民的生命财产安全。爆炸装置具有的便携、易制作及杀伤范围大的特点，使其成为恐怖袭击和叛乱活动的首选武器，主要包括人肉炸弹、路边炸弹、汽车炸弹及包裹炸弹，而平民、安保人员及士兵均是爆炸袭击的目标。相关医疗部门收治的军事行动的伤员中78%与爆炸有关，爆炸创伤已经成为迫切需要解决的问题[4]。尽管爆炸的创伤形态难以预测，但是随着人体防护装备的改善，爆炸事件中的伤员生还几率还是可以得到提高的。早期爆炸创伤研究是以基本原理或试验数据设计近似的评估模型，通常仅涉及单个学科[8，9]。高精度生物冲击波创伤评估模型涉及多个学科，包括气体动力学、生物力学及生理学等具有大范围的时间尺度（从冲击波的传播时间到几天的创伤事件)和尺寸范围(微米量级的肺泡至米量级的人体尺寸或爆炸范围）等特征，因此研究爆炸冲击波的创伤评估模型及评估方法是非常具有挑战性的问题爆炸冲击波的创伤形态是以鼓膜穿孔及肺组织创伤为标志。当爆炸冲击波与生物组织相互作用时，会在生物组织中产生应力波，应力波由液体向气体传播会出现剥离现象，引起微观及宏观界面组织中产生水珠(肺组织出血和水肿）人体对冲击波具有一定的抵抗能力，生物组织的弹性模量、密度及组成决定了其创伤性质，固体或液体生物器官对冲击波的抵抗能力要强于含有空气的生物器官。爆炸中产生的高速破片能够穿透生物机体，造成生物器官及血管的穿通创伤。爆炸冲击机体时会导致骨折、创伤性肢体断裂、脑烦创伤和其它钝器伤。爆炸产生的热量、火焰、高热气体和有毒气体也会导致生物器官的创伤[18_24]。如果爆炸发生在封闭的环境中，周围结构对冲击波的反射将导致冲击波超压值与正压作用时间的增大，从而加重了爆炸冲击波的创伤效应。
1.2国内外研究现状
过去的20年，世界范围内的恐怖活动造成大量的人员伤亡，其中大部分是源于爆炸创伤。此外，军事行动和工业事故等爆炸事件造成的人员伤亡数量也在不断的增多[35]。爆炸生物创伤已成为不可忽视的问题，因此迫切需要了解爆炸对人体生物器官创伤机理，并给出科学的预测评估。爆炸对人体创伤一般分为四种创伤类型。第一型爆炸创伤是由爆炸冲击波与人体生物组织作用时，诱发生物组织产生应力波，应力波在组织传播过程中，可能导致生物组织的破裂、撕裂、内爆裂等力学现象的出现，从而对生物组织产生创伤效应爆炸冲击波对人体的创伤主要集中在含有空气的生物器官，如耳膜、肺及肠胃等。Argyros指出爆炸冲击波对肺组织的创伤是使人致命的关键因素[41]。第二型爆炸创伤主要是弹道创伤，爆炸装置的外壳破片和环境中其它的碎片经过爆炸冲击波加速后，作用于人体生物器官从而造成穿通创伤。第三型爆炸创伤是爆炸冲击波带动身体运动，使其与地面或固定结构发生碰撞从而造成撞击创伤。第四型爆炸创伤是与爆炸相关的其它创伤，如爆炸产生的热流、火焰、高温气体及有毒气体对人体生物器官造成的创伤。近年来，第一型爆炸创伤力学机理的探索越来越受到重视[49]。实际上，自西班牙内战（)，就出现了大量的无外伤军人死亡的报告，由于当时诊断条件的限制，无法知道创伤原因。直到第二次世界大战，才发现第一型爆炸创伤与權弹破片或轻武器射击是无关的，而只与爆炸冲击波有关，这种创伤曾被称为空气震荡、炮弹冲击、爆炸胸与&杀人不见血的剑伤&等。尽管有传统的个人防护设备保护，但第一型爆炸创伤并未减少，却由于新型弹药（温压类型）的大量出现反而有增加的现象。根据最近5600例爆炸事件中人员伤亡的数据统计，495个致命伤中78%为现场死亡，13%是在24小时之内死亡。解剖数据表明：爆炸肺组织的创伤致死率为47%[51，52]。爆炸冲击波对人体的创伤已经成为不可忽视的问题。
2爆炸冲击波的研究
利用有限元方法研究爆炸场，已成为分析爆炸冲击波创伤问题的常用方法。分析实际爆炸场时，炸药尺寸、密度、起爆位置和环境等因素都对冲击波有很大的影响，且随着目标的空间位置不同，其波形特征也发生变化。爆炸冲击波的创伤研究中，冲击波的超压值、正压持续时间是评估创伤效应的两个重要参数，因此要求有限元软件在模拟爆炸冲击波时要有较高的精度。有限元模拟爆炸场的适用性问题，必须明确采用何种材料模型、计算方法及网格单元尺寸的量级。当研究目标距离爆炸源较远、炸药质量较大、网格数量较多时，通用计算机是否能满足计算要求，直接利用有限元程序中炸药起爆的方法研究爆炸冲击波对人体的创伤效应是否可行。因此，如何利用有限元计算程序模拟所需的爆炸冲击波，是爆炸创伤领域内比较关注的问题。本章通过爆炸试验获取冲击波的参数，作为检测有限元程序计算精度的参考值。建立不同类型和网格尺寸的爆炸场模型，采用炸药起爆的方法，数值计算得到爆炸冲击波的超压值、正压作用时间，并且与试验测量值对比，分析有限元方法的适用性，并提出平面冲击波方法。
2.1爆炸威力的理论计算
炸药在空气中爆炸时,形成了一团瞬间占据炸药原有空间的高温、高压气体。这团气体猛烈地推动周围静止的空气，同时产生一系列的压缩波向四周传播，各个压缩波最终叠加成冲击波。炸药在空气中爆炸时，冲击波以球对称状向外传播，当冲击波与地面相碰时产生地面反射，冲击波的地面反射可以分为规则反射和非规则反射。这主要是因为气流通过入射冲击波后，必然发生向地面方向的折转，设折转角为01，当气流通过反射冲击波时必然发生向远离地面的方向折转，设折转角为02，当冲击波入射角较小时，气流折转角较小，容易满足，这时反射冲击波后的气流平行于地面，这就是常规反射；当入射角较大时，容易造成这样一来反射波后气流就不平行于地面，而是与地面形成一个角度冲向地面，因此在反射点附近造成了气流的拥挤，迫使反射波上移，这就是非常规反射。非规则反射的特征是除了入射波和反射波外，还存在一个垂直地面的过度压缩冲击波，三个波的交点称为&三波点&，交点下面是马赫波阵面。三波点的位置（即马赫杆的高度）随时间和距离变化。
2.2炸药爆炸的试验研究
采用的试验样品为TNT药剂，装药质量分别为1.17kg、4.20kg。TNT为溶铸药柱，长径比1:1，密度1.60g/cm3，采用8号铜壳电雷管起爆。测试装置采用高频响应自动化数字测量系统，所用仪器：KISTLER公司211B型压电式石英传感器，美国PCB公司生产的402A型数据调理仪，DEWE-2010型数据采集仪。其中，传感器的安装装置为自制。试验药剂放置于弹架上，以药柱的中心位置为爆心。以爆心在地面的垂直投影点为起点互成90&的两条射线上布置压力传感器，两路各3个压电式压力传感器。由于冲击波因入射角度不同会产生正规反射和非正规反射（马赫反射）两种现象，为取得试验结果的一致性，本文根据药量选择合适的炸高/z和传感器布置位置Z，将地面测试点全部布置于马赫反射区内，测量地面马赫波的超压。压力传感器安装在O220mm&&130min的钢制基座中，传感器敏感面、基准面及地面保持水平，试验场布置如图2.2、2.3所示。
3爆炸冲击波人体创伤有限元方法研究...........27
3.1爆炸冲击波创伤的有限元分析.........27
3.2爆炸冲击波创伤机理的有限元方法.........33
3.3不同爆炸条件下冲击波的创伤分析.........38
3.4本章小结.........45
4爆炸威力及人体创伤的试验研究.........46
4.1试验方法.........46
4.2试验结果分析.........48
4.3冲击波创伤分析.........50
4.4本章小结.........51
5爆炸冲击波的创伤评估理论与计算&.........52
5.1爆炸冲击波创伤理论&.........52
5.2人体胸部爆炸冲击波创伤评估模型.........&58
5.3本章小结.........&66
8泡沫材料对冲击波衰减的有限元方法研究
泡沫材料是由相互连接的网状单元构成，单元结构分为开式与闭式。开式结构的边界由丝状固体构成，允许单元间的气体相互流通，而闭式结构的边界由薄膜构成，阻止单元间的气体流通。泡沫材料的固体相所占材料的体积较小，而空隙所占体积较大，因此泡沫材料含有固、气两相介质。虽然试验是最直观、准确的研究方法，但是能够获得的数据量非常有限，所以利用有限元方法研究冲击波与泡沫材料相互作用的力学机理，是完善研究的一种方法。有限元计算中，因为泡沫材料是两相非均匀的物质，固体相的尺寸是毫米量级的，且泡沫单元的形状是不规则的，这些特点使得泡沫材料的有限元建模方法非常值得研究。本章将建立显微结构下泡沫单元有限元模型，在计算模型的前部、内部及后部设置压力监控点。采用平面冲击波方法，研究冲击波与泡沫材料作用时，发生的反射、透射的特征。根据典型时刻的冲击波与泡沫材料作用的压力云图，了解泡沫材料对冲击波的衰减特征。对比计算结果与试验数据，验证计算模型及方法的正确性。
本文通过理论计算、试验测试及数值模拟，分析了爆炸冲击波对人体创伤的力学机理和泡沬材料对冲击波的衰减效应。主要结论如下：
(1)研究发现，商用有限元程序中采用炸药起爆的方法模拟爆炸场，计算获得的冲击波参数与试验测试数据存在着一定的差异&直接应用于爆炸冲击波对人体创伤的研究是存在着一定局限性的。本文提出了平面冲击波方法，可以有效地模拟爆炸冲击波（简单波或复杂波），为研究不同爆炸类型的冲击波创伤机理提供了一种可选的方法。
(2)基于CT图像，建立了爆炸冲击波与人体胸部相互作用的有限元模型。研究表明，各生物器官运动速度的不同是造成创伤的重要原因。肺组织与助骨、心脏接触的边缘容易产生剪切创伤；胸前部的助骨对肺组织有保护作用，而胸后部的助骨及脊骨对创伤有增强效应。模拟获得的肺组织创伤结果与文献中的解剖试验数据基本一致，证实了 Bellamy预测的肺组织易发生爆炸创伤的区域。人体处于复杂爆炸环境时，由墙体引起的反射冲击波会再次冲击人体，进一步增强了爆炸冲击波创伤效应，利用理论模型评估方法，揭示了不同爆炸条件下的冲击波创伤特征。
(3)试验研究了云爆药剂在不同距离的爆炸威力及其对人体听觉系统、肺组织、脑组织及身体的创伤效应。设计物理&人模型&与传感器的布置，研究了人体胸部四周的冲击波流场分布，结合理论模型获得了肺组织中各个创伤等级分布。
............
参考文献（略）
(责任编辑：gufeng)
------分隔线----------------------------
论文代写请联系:
论文代写电话:
论文代写电话:
email:@qq.com
论文代写qq:您所在位置： &
&nbsp&&nbsp&nbsp&&nbsp
冲击波压力比冲量求取方法探讨.pdf 5页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
下载提示
1.本站不保证该用户上传的文档完整性，不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。
2.该文档所得收入(下载+内容+预览三)归上传者、原创者。
3.登录后可充值，立即自动返金币，充值渠道很便利
需要金币：80 &&
冲击波压力比冲量求取方法探讨.pdf
你可能关注的文档：
··········
··········
第34卷 第5期
弹 箭 与 制 导 学 报
Vo1．34 No．5
2014年 10月
JournalofProjectiles，Rockets，MissilesandGuidance 0(-t2014
冲击波压力比冲量求取方法探讨
童 晓 ，孔德仁 ，李丽萍。，何性顺 ，王胜强
(1南京理工大学 ，南京
西安近代化学研究所，西安 710065)
摘 要：针对工程实践中常用数值积分法求比冲量时结果出现的漂移问题，提出了使用稳定化数值积分法求
取冲击波压力比冲量。该方法利用稳定系统 自身的特性能有效的抑制积分结果漂移。通过对云爆弹爆炸冲
击波比冲量计算结果的对比，验证了稳定化数值积分法的有效性。
关键词：冲击波毁伤；比冲量；数值积分；传递函数
中图分类号：0384
文献标志码：A
StudyonCalculatingM ethodsofPositiveImpulseofShock
W avePressure
TONGXiao ，KONG Deren ，LILiping’ HEXingshnn ，WANG Shengqiang
(1NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China；
2 Xi’anModernChemistt3'ResearchInstitute，Xi’an710065，China)
Abstract：Inview ofdriftOccurstopositiveimpulsecalculationbycommonlyusednumericalintegrationmethodinengineeringpractice，
stabilizednumericalintegrationwasproposedtocalculatepositiveimpulse．Thismethodusescharacteristicsofstablesystem toeffectively
suppressdriftofintegrationresult．BycomparingcalculationresultsofFAE blastpositiveimpulse，theresulthasbeenverified．
Keywords：shockwavedamage；positiveimpulse；numericalintegration；transferfunction
国内已有学者发现数值积分法求冲击波压力比
冲量存在的问题，但未进行深入研究，也没有提出切
实有效的方法求取准确的比冲量。文 中使用矩形法、
爆炸冲击波可以毁伤人员、设施和装备等各种军
梯形法、辛普森法对带有干扰的正弦信号进行积分，
事 目标以及 民用建筑，作用范围大，破坏力强，在弹药
模拟出了三种常用数值积分方法求取实测冲击波压
威力设计中占有重要地位 。冲击波杀伤效果主要
力 比冲量的效果，对积分结果进行了分析 。针对常用
取决于超压峰值 、正压作用时问和比冲量 。常用 的爆
正在加载中，请稍后... 上传我的文档
 下载
 收藏
该文档贡献者很忙，什么也没留下。
 下载此文档
某型炸药的冲击波超压峰值计算公式参数的修正
下载积分：600
内容提示：某型炸药的冲击波超压峰值计算公式参数的修正
文档格式：PDF|
浏览次数：256|
上传日期： 10:50:35|
文档星级：
全文阅读已结束，如果下载本文需要使用
 600 积分
下载此文档
该用户还上传了这些文档
某型炸药的冲击波超压峰值计算公式参数的修正
官方公共微信爆炸冲击波的压力的计算公式（到底能不能感觉到天津爆炸冲波？）【石家庄吧】_百度贴吧
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&签到排名：今日本吧第个签到，本吧因你更精彩，明天继续来努力！
本吧签到人数：0成为超级会员，使用一键签到本月漏签0次！成为超级会员，赠送8张补签卡连续签到：天&&累计签到：天超级会员单次开通12个月以上，赠送连续签到卡3张
关注：1,266,036贴子：
爆炸冲击波的压力的计算公式（到底能不能感觉到天津爆炸冲波？）收藏
天津距石家庄大概300公里，爆炸当量为21吨TNT。
智联招聘,石家庄高端人才招聘网站,每天更新350万高薪职位石家庄人才信息网信息,年薪30万起!24小时极速反馈,立即登录填写简历,快速找到好工作!
楼主数学是体育老师教的，有数学好的吧友可以算算天津到石家庄冲击波的威力到底能不能大到让你感觉的到的程度。
我看你如何继续装逼下去
登录百度帐号推荐应用