冲击波的主要特征分析

冲击波的特征参数主要包括正压峰值、负压峰值、正压区冲量、稳态冲量、正压持续时间、负压持续时间、正压上升时间和冲击波平均传播速度。正压峰值是指位于冲击波正压区的压力-时间曲线的最大值。负压峰值是指位于冲击波负压区的压力-时间曲线的最小值。正压区冲量(或最大冲量)是指冲击波正压区的冲量,即正压区的面积。稳态冲量(或总冲量)是指冲击波正压区和负压区的冲量之和。压力从高于环境压力回到环境压力所需的时间称为正压持续时间T+。压力从低于环境压力回到环境压力所需的时间称为负压持续时间T-。正压上升时间是指冲击波压力开始从环境压力上升到正压峰值所需的时间。冲击波平均传播速度是指冲击波在爆炸物与目标之间的空气中传播的速度,即目标到爆炸物的距离与爆炸物由起爆到冲击波作用于目标时所用时间的比值。

理想冲击波压力和冲量曲线如图2.3所示。由图2.3(a)可以看出,理想冲击波压力在ta时间内由环境压力p0上升到正压峰值,随后在T+时间内衰减到环境压力p0。当压力降到环境压力p0后,会继续衰减到出现负压,在达到负压峰值后,压力开始升高并最终回到环境压力p0。由图2.3(b)可以看出,理想冲击波冲量在ta+T+时间内由环境冲量I0上升到最大冲量,由于冲击波负压区的影响,随后在T-时间内衰减到稳态冲量,并最终保持稳定。

图2.3　理想冲击波压力和冲量曲线

(a)压力-时间曲线;(b)冲量-时间曲线

冲击波压力的变化规律可以通过理论模型进行概括。国内外很多学者提出用数学表达式分别描述冲击波正压区压力和负压区压力随时间的变化,其中被广泛认可的是Friedlander方程。(www.xing528.com)

Friedlander冲击波正压相的数学表达式为:

Friedlander冲击波负压相的数学表达式为:

式中,p(t)为冲击波压力;p0为环境压力;ps+为正压峰值;ps-为负压峰值;T+为正压持续时间;T-为负压持续时间;t为时间。