Page 185 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 李 展，等： 甲烷-空气爆燃驱动的爆炸荷载模拟装置研发Ⅰ：几何形式与结构设计 第 11 期

表 5 不同工况下结构最大应力对比
Table 5 Comparison of maximum stresses in different cases
序号 加劲肋高度/mm 荷载峰值/kPa 最大应力/MPa 与屈服强度占比/%

1 100 175 72 20
2 100 260 106 30
3 100 300 121 34
4 100 400 161 45
5 100 500 201 57
6 100 600 240 68
7 100 715 284 80
8 100 800 317 89
9 150 320 72 20
10 150 470 106 30
11 150 600 136 38
12 150 800 170 48
13 150 1 000 211 59
14 150 1 200 254 72
15 150 1 350 284 80
16 150 1 500 315 89

3.3 结构设计与爆炸荷载平面性验证
根据上述计算结果，爆炸荷载模拟装置的扩大段采用上下对称形式，长度为 3 m，整形段长度为 2 m。
主体结构选用 Q355B 低合金钢，壁厚（t ）为 30 mm，环向加劲肋高度与间距（l）均为 150 mm，如图 14 所
b
示。为便于运输与现场安装，将扩大段与整形段分别制作，并通过法兰连接，现场完成安装的爆炸荷载
模拟装置如图 14(b) 所示。

l=150 mm

t b =30 mm

Expansion section Conditioning section

1@175 mm+11@150 mm
20@150 mm +1@175 mm

3 m 2 m
(a) Dimensions of expansion and conditioning sections (b) Test setup

图 14 爆炸荷载模拟装置
Fig. 14 Blast wave simulator developed in this study

为验证设计方案的可靠性，开展了气云长度为 6 m 的爆炸荷载试验。在装置尾端安装带超压测点
的钢板，测点布置如图 15(a) 所示。测点 P1 位于加载面中心位置，测点 P2 位于竖直和水平方向距中心
线 700 mm 处。试验流程参照以往管道燃气爆炸试验实施 [17] ，向驱动段尾端充入长为 6 m、甲烷体积分
数为 9.5% 的甲烷-空气混合气体，经电火花点燃后产生爆炸荷载，沿管道传播并经扩大段与整形段调整
后作用于钢板表面。加载面处实测的超压-时程曲线如图 15(b) 所示。结果表明，各测点超压-时程曲线
基本重合，爆炸荷载模拟装置产生荷载的均匀性和结构抗爆性能满足设计要求，可用于开展结构构件的
抗爆试验。

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