圆柱形爆炸容器的内壁爆炸载荷

爆炸容器内壁所受爆炸载荷的确定是容器动态响应特征研究、容器结构设计及安全评估的基础。对自行研制的组合式圆柱形爆炸容器开展了系列内爆加载试验,测量了容器内壁几个典型位置所受爆炸载荷,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对容器内爆载荷的形成和传播全过程进行了数值模拟。通过对试验结果进行分析,获得了容器内壁所受爆炸载荷的特征及其分布规律,并拟合出容器圆柱形壳体部分所受载荷首脉冲的峰值压力、正压作用时间和比冲量经验计算公式、容器内部准静态压力经验计算公式。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了容器内壁所受爆炸载荷特征和分布规律的形成机理。研究结果表明,椭球端盖内壁产生的马赫反射波在端盖极点汇聚,使得极点所受载荷峰值压力及单次脉冲比冲量峰值总是所有测点中最大的,峰值压力最高可达圆柱壳所受最大压力的2.79倍,应予以足够重视。     

爆炸容器的研究及应用概况

综述了爆炸容器的最新研究成果，介绍了爆炸容器在国防，科研和工业领域的应用实例。     

圆柱形爆炸容器绝热剪切瞬态失效过程

开展了圆柱形爆炸容器逐级加载和破坏实验,根据容器最终的断裂面和微观形貌观测,提出了爆炸容器绝热剪切失效模式。建立了应变率-应变空间内的绝热剪切损伤演化模型,将绝热剪切不同演化阶段的临界状态与宏观的力学条件联系起来,并将这些力学临界条件作为动态失效准则引入到宏观计算程序中,模拟爆炸容器发生绝热剪切的的瞬态过程,模拟结果成功预测了爆炸容器最终的断裂形貌。数值模拟结果还表明,爆炸载荷和率相关失效准则是控制绝热剪切失效模式的2个主要因素,细观初始缺陷往往导致绝热剪切的激发,但对容器最终的失效模式的影响是次要的。当容器在爆炸载荷作用下发生绝热剪切破坏模式时,裂纹(剪切带)扩展速度较快,此时若仍采用整体塑性应变失效准则考察容器的动力响应并作为失效判据,将不能预见材料局部的弱化和破坏。     

爆炸容器

爆炸容器通常是指一定的爆炸物在其中爆炸时,对周围环境不造成损坏和污染的一种密封压力容器。一般用来进行爆炸加工的车间化生产或作为爆轰及爆炸效应的试验研究之用,也可作为某种特殊要求的安全防护构件。根据使用目的和设计原则来区分,爆炸容器可以分为单次或短期使用和长期重复使用等两大类,虽然两者都要求在使用过程中保证不发生破裂和渗漏现象,但前者可以允许容器塑性变形,后者则要求在任何情形下变形都必须是弹性的。本文主要介绍爆炸加工和科学研究用的爆炸容器。对这类容器的要求是药量大、声响小、安全可靠、操作方便并能作为一项基本设备长期使用。     

球形爆炸容器内炸药爆炸形成的准静态气体压力

准静态压力是爆炸容器设计的重要参考数据。在球形爆炸容器内开展了爆炸加载实验,压力传感器采用齐平和导孔两种安装方式,均获得了准静态压力数据,且两组数据一致。理论推导了准静态压力的表达式,并通过拟合实测数据得到经验公式。研究结果表明：（1）爆炸冲击波在容器内部往返3次后,容器内气体压力进入准静态;（2）准静态压力与当量容积比近似呈正比例关系,比例系数为1.10 MPa·m³/kg TNT。

     

爆炸容器动力学研究进展评述

对爆炸容器在其内部爆炸加载下动力行为的理论和实验研究成果作了综述，对这一方面的工作作了展望并提出了一些建议．     

椭圆封头圆柱形爆炸容器动力响应的数值模拟

采用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,在不同TNT当量下对椭圆封头圆柱形爆炸容器进行了数值模拟。模拟结果表明:对椭圆封头与圆筒组合而成的理想结构,爆心环面的应变在初始响应阶段就达到了最大值,并且其值大于筒体上其他点的最大应变;实际结构中法兰对爆炸容器的动力响应有很大的影响,当法兰的质量超过一定值之后,容器爆心环面会产生应变增长现象。在容器的设计工作中要加强容器的爆心环面并适当地选择法兰。     

具有爆炸反应特性装置在密闭容器内爆炸威力的评价方法

在装填有抛撒药和氟化物的装置中,当中心抛撒药起爆,将氟化物抛出装置时,氟化物会与密闭容器内液体发生剧烈反应,释放大量能量.为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力,基于超压-冲量准则,在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验,并计算得到该装置的TNT当量值.结果表明:该方法简单有效,可作为该装置在密闭贮液容器内爆...     

球形爆炸容器的内部载荷和响应特性

对球形容器内壁压力、温度和容器外壁应变进行了实验监测,为认识容器内部流场演变和容器响应的全过程提供了较系统的实验数据支持。实验结果及分析显示:容器内部流场在载荷来回反射3次后分布相对均匀;由容器外壁应变波形推测容器内部爆炸产物发生较明显的二次反应;各个应变监测位置均出现了应变增长现象,其中容器入口门正对位置的应变增长现象最严重,应变峰值平均值增大系数达到2.88;容器振动主频率为呼吸振动频率,另一主频率约为呼吸振动频率的1/2;容器外壁最大应变约2.510-3,等效应力峰值比容器材料静态屈服应力大了约80%,容器无明显塑性变形。     

离散多层绕带容器在爆炸载荷作用下动力响应的数值模拟研究

运用LS-DYNA3D对不同缠绕角度的离散多层绕带容器在内部中心爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟。模拟结果与实验结果、理论分析以及单层圆柱高压容器的动力响应作了比较。研究结果表明,内部中心爆炸载荷作用下,容器绕带层应力分布比较均匀;相同炸药当量条件下,缠绕角度越大,最外层绕带中心的最终位移越大。结果还表明,离散多层绕带容器具有只漏不爆的良好抗爆性能,是单层结构容器不具备的。计算结果可为构建爆炸容器的工程设计标准提供参考。     

圆柱形弹性贮液容器的自振特性分析

贮液容器,无论是由钢材制成的或是由钢筋混凝土建造的。在工业或工程上都有着广泛的应用,如石油化工工业中的储油罐,给水工程中的水即为典型例子。在核动力工程中的压水堆或快增残堆,所用的主容器都可看成为一种特殊的贮液容器。它与一般容器很大的区别在于除贮液外,在堆内还设置一些构件。这对结构分析计算速写为不小的困难。本文根据剪切悬壁梁理论且考虑液动压力效应,建立了弹性圆柱形贮液容器的自振方程及相关特征值矩阵,     

水及盛水容器对近距离爆炸载荷影响的实验研究

为研究用水包围炸药的方式对爆炸载荷的作用机理,在两端开口的钢筒内进行了水直接包覆炸药的爆炸实验,利用光纤位移干涉仪获取了钢筒外壁的径向速度和动态变形。结果表明：不同于无水爆炸,爆轰产物通过水的“裂缝”在空气中形成冲击波,造成该冲击波出现时间更晚、强度更低、持续时间更长,并要求相应的数值模拟采用二维以上的计算模型;盛水结构的材料密度越低、厚度越小对爆炸载荷的影响越小。

     

圆柱形弹性贮液容器基频近似计算法

在工业和工程领域中,广泛地应用圆柱形弹性薄壁贮液容器。在冲击或地震地面运动激励下,此种容器的变形,严格地说就遵循薄壳结构动力学规律。考虑到在水平地震作用下短圆柱形容器的变形,剪切效应起主导作用,因而可用剪切梁变形理论来近似地代替。对于盛有液体的贮液容器,因为激励引起的振动是耦联的,即液体中产生的液动压力与结构的变形有关,而结构的变形又受到液动压力的很大影响。欲寻求此种耦联体系的动力响应,必须对其动力特性进行分析。为此,本文根据Fischer“冲击质量”理论,提出了对圆柱形弹性贮液容器基频的近似计算方法。此方法概念清晰,计算简便,很便于工程上应用。     

离散多层厚壁爆炸容器抗爆炸性能试验研究

为了研究离散多层爆炸容器的动力响应和破坏特性,制造了尺寸和材料相同但钢带缠绕倾角不同的三台离散多层试验容器,并进行了一系列大药量的中心加载试验,测量了典型位置的应变。结果表明中心装药时三台试验容器的破坏都在爆心截面处,钢带缠绕倾角较小的容器能够承受更大炸药量的爆炸作用,容器具有较好的抗内爆炸性能。     

爆炸载荷特征参数对无限长圆柱壳弹性动态响应的影响

采用含有三角脉冲载荷和准静压载荷的爆炸载荷加载,利用单自由度模型对无限长圆柱壳体（即等效平面应变圆环）的弹性动态响应进行了力学分析,获得了径向位移响应解析解及准静压阶段弹性响应振幅的解析解。基于所得解析解,通过控制变量法分析了载荷压力及载荷分界点时刻（即三角脉冲载荷与准静压载荷作用的分界点时刻）对径向位移最大值、准静压阶段弹性响应振幅的影响规律,更加深入地研究了爆炸载荷对结构响应的影响。本文主要从准静压幅值与三角脉冲峰值的比值以及载荷分界点时刻两个主要特征参数入手,结合结构的呼吸振动频率来研究爆炸载荷对无限长圆柱壳弹性动态响应的影响。在研究中发现存在临界时刻:当载荷分界点时刻早于临界时刻时,径向位移最大值出现在准静压阶段;当载荷分界点时刻晚于临界时刻时,获得了便于直观判断径向位移达到最大值时所处载荷阶段的分区图。基于前述解析解的分析,还获得了不同影响因素导致的振幅变化的单调性分区图,便于判别载荷压力的变化所致的准静压阶段振幅的增减趋势。通过研究获得的爆炸压力载荷对结构响应的影响规律,可为爆炸容器设计以及结构防护基础研究提供参考。     

回收战斗部破片的新型爆炸容器及应用

介绍一种回收战斗部破片的新型爆炸容器装置。该装置采用水介质和可拆卸内衬防护板结构抵御破片侵彻,能够反复使用且有效回收爆炸试验后的破片,较好地反映战斗部的破碎状况。利用该装置进行了典型弹丸爆炸试验,研究了战斗部破片特性,证实了爆炸容器在战斗部破碎性试验中的应用是可行的。     

爆炸容器介绍

可设计10g~50kg TNT当量的各种形式的密闭爆炸容器,具有防破片,射流的可换式内衬装甲,能同时进行X光、激光、高速摄影和电子学测试。能研制开发新型复合材料抗爆容器,其当量由10g~100kg TNT,容器质轻高强,移动便捷,是科研、工业和城市公共安全等部门较理想的抗爆反恐应急设备。     

爆炸容器承受内部加载的实验研究

对两种实验容器在分布和集中装药两钟情形下进行了爆炸加载实验，测量了几个典型位置的应变和压力。对实验结果的分析表明，容器主体环应变中通常只包含少数几种频率成分。容器（Ⅰ）（Ｌ＝２Ｄ）中心位置的环应变中有应变周期性消涨现象，发生了应变增长；而容器（Ⅱ）中心位置的环应变的极大值总在第一个１／４周期到达。偏高中心位置各点的环应变中都表现出应变增长，并且应变增长的程度随着远离中心位置趋向法兰附近（容器端部）而加剧。轴向应变和封头的振动中含存更多的频率成分。     

爆炸容器内小药量实验动态标定压力传感器

在爆炸容器中进行小药量空中爆炸实验, 利用传感器序列测量冲击波速度, 根据冲击波Rankine-Hugoniot关系获得测点近似理论峰值压力, 从而实现压力传感器的标定, 获得的灵敏度相对误差较小。同时测量了相应的冲击波参数, 并利用Modified-Friedlander公式进行数据后处理, 结果表明固定超压拟合更接近物理事实, 固定正相时间拟合也具有较高精度。最后进行了误差分析, 发现不同传感器特性及数据后处理方法都会带来一定误差。实验结果表明这种测量和后处理方法具有较高的精度, 可以同时标定传感器和测量冲击波参数。     

基于小波包的爆炸容器振动分析

首先介绍了小波分析与小波包分析的原理和特点,然后给出了实际的爆炸容器振动的实验测试结 果,最后应用小波包分析计算了其振动分量的时频分布情况,并对时频分析结果进行了讨论。分析结果表明, 爆炸容器的振动信号能量分布处于较宽的频带范围,振动能量随时间变化的发展出现剧烈的变化,隔震沟衰 减了信号主要频带范围内97%的能量。