爆炸载荷作用下爆炸容器动态力学响应及其爆炸有害效应控制研究

发布时间：2020-07-17 06:48

【摘要】：爆炸容器是一类特殊的内高压抗爆容器,能够有效地约束炸药爆炸产生的冲击波,限制爆轰产物及爆破碎片的作用范围,保护实验人员和周围仪器的安全。因此,广泛应用于爆炸材料性能测试、爆炸效应测试、爆炸加工及爆炸销毁等科研、工业和国防军事领域。爆炸容器内部承受较大的冲击载荷以及冲击波的反射叠加作用,其动力学响应研究对于其安全性分析具有十分重要的意义。本文针对安徽理工大学自行设计研制的1kg TNT当量椭球封头柱形爆炸容器展开相关研究,主要进行了爆炸容器设计参数计算校核、内爆炸冲击波超压测试、地面振动效应测试以及筒体振动效应测试。具体研究工作及相关结论有:(1)针对该爆炸容器,进行设计参数的计算校核。通过入射波超压计算出反射波超压,采用动力系数法将动态载荷转化为等效静载荷,进而应用强度校核理论进行壁厚、最大允许工作压力及应力校核。考虑到爆炸容器长期使用过程中的疲劳损伤和腐蚀裕度,计算校核得出:爆炸容器的椭球封头及筒体计算壁厚远小于设计壁厚;最大允许工作压力远大于1 kg TNT当量炸药爆炸转化的静载荷压力,该爆炸容器设计安全性较高。(2)通过冲击波超压测试系统,改变实验药量,测试不同水平距离处爆炸冲击波压力时程曲线,分析了冲击波传播规律,并采用经典的W.E.Baker公式和K-G公式计算了冲击波超压峰值。实验测试及理论计算结果表明:K-G公式计算值与实验测试值的误差很大,误差范围在70%～80%之间;而W.E.Baker公式计算误差更大,在75%～85%之间。本文根据爆炸相似律原理拟合得出适用于该爆炸环境的超压计算公式:(?)。采用该公式计算,误差减小至0.5%～15%之间。(3)测试了乳化炸药在爆炸容器内空中及地面两种不同的起爆方式下爆炸引起的周围地面振动效应,分析了装药量及测点距离对于地面振动效应的影响;同时使用HHT方法分析地面振动的频率分布。通过研究发现:爆炸容器内地面爆炸振动速度与装药量和测点距离密切相关,通过最小二乘法拟合得到三者之间的关系式为:(?)。而装药量的增加对于爆炸容器内地面爆炸低阶频率段分布的影响较大,即5～10 Hz低阶频率段的振动幅值随药量的增加逐渐增大,振动作用时间逐渐增加;而对于20～60 Hz频率段振动幅值影响相对较小。随着测点距离的增加,低阶频率段的能量幅值逐渐减弱,振动作用时间逐渐缩短,与测试波形具有较高的一致性。(4)使用加速度传感器采集了爆炸容器内爆炸筒体振动加速度信号,通过拟合多项式去除积分趋势项,从而得到有效的时间-速度曲线;使用HHT方法分析振动信号的时频分布,同时结合爆炸容器筒体的固有振动频率,分析振动效应对于爆炸容器安全性的影响。分析得出:爆炸容器特殊的“钢板-缓冲隔层-钢板”结构具有一定的安全防护作用,缓冲隔层有效地吸收了爆炸产生的能量,筒体外壁面振动速度信号频率分布较内壁面更为集中,主要分布在0～200 Hz的低阶频率段;同时,低阶频率段的作用时间明显缩短,振动频率明显减小,远离爆炸容器筒体的固有振动频率。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X832
【图文】：

工大学于２００５年新建了邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴＴ当量的双层圆柱形爆炸容器。该爆炸容器爆炸噪逡逑声小，震动小，满足了实验教学和科学研究的同时对周围环境影响较小。该爆炸逡逑容器的外观如图３所示。逡逑３逡逑

２．１．１空中爆炸冲击波传播理论逡逑炸药在空中爆炸后，周围介质会受到高温、高压、高速的爆炸产物强烈冲击逡逑和压缩作用，从而形成爆炸冲击波。空中爆炸冲击波的传播过程如图４所示。逡逑若球形药包的半径为ｒ，距爆炸中心的距离为ｉ？，当主要受到爆逡逑炸产物的作用；当１４ｒ＜ｉ？＾２０ｒ，受到爆炸冲击波和爆炸产物的共同作用；当逡逑及２邋２０／■，主要受到爆炸冲击波的作用。逡逑炸药在空中爆炸后，冲击波压力从未扰动状态发生突越，产生极大的正压力，逡逑升高到峰值＜，形成正压区；随着传播时间的增加，冲击波波阵面后的空气开始逡逑膨胀，导致压力不断下降，基本上呈指数律下降，低于初始压力后形成负压区。逡逑冲击波在自由传播过程中，波的强度会随着传播距离的增加而逐渐衰减，最后衰逡逑减为声波。空气冲击波传播的压力时程曲线如图５所示［７５

压力为１．９５邋ＭＰａ，设计压力为２．０邋ＭＰａ。爆炸容器采用内外双层结构，中间填充缓逡逑冲材料，底部铺设沙子，以便减少噪音和衰减爆炸冲击波作用。内外门均采用圆逡逑角制造，防止应力集中造成破坏。爆炸容器的实物如图６所示。逡逑自逡逑暇４１逡逑图６邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴ当量圆柱形爆炸容器逡逑Ｆｉｇ．６邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ邋ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ邋ｃｏｎｔａｉｎｅｒ逡逑１７逡逑

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本文编号：2759118