高速破片撞击充液容器形成液压水锤及其毁伤机理研究

发布时间：2020-06-25 15:37

【摘要】：本文以数值计算和试验相结合的方法研究了液压水锤形成过程、液体内气腔特性、压力分布、破片速度衰减规律、容器壁面的变形以及充液容器内液体填充量、破片撞击动能和液体介质类型对液压水锤效应的影响。结果表明:破片穿透充液容器前壁面后,撞击水面形成一个半球面波并沿着破片运动方向向前传播;且初始冲击波波阵面上不同方位处压力不等。破片在水中的运动规律可以按指数衰减表示;在破片后方形成圆锥形气腔,其直径和长度随破片的运动而增大,气腔长径比先随破片运动而增大,最终趋于4.77～4.84之间。破片头部的压力最大,两侧的压力沿破片运动方向是对称分布的;随着破片水中运动,液体内的压力增大。破片撞击动能不同,充液容器前后壁面的破坏程度不同。随着破片撞击动能的增大,容器前后壁面的破坏程度可分为3个等级,即破片撞击动能小于1191J时,前后壁面均未出现裂纹;破片撞击动能介于1191J和8152J之间时前壁面没有出现裂纹,后壁面出现裂纹;破片动能大于8152J时,前后壁面均出现裂纹,且后壁面呈花瓣式开裂。充液容器的前后壁面的最大变形量随破片撞击动能的增加而增大。且破片撞击动能越高,充液容器壁面出现的总裂纹数量越多。破片撞击分别装满水、柴油和航空煤油容器的过程中,装有水介质的容器内的液压水锤对容器的破坏最严重,柴油次之,装有航空煤油的容器壁面破坏程度最小。容器内充液比的升高,液压水锤对壁面的破坏作用逐渐增强。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ410.33
【图文】：

充液容器,容器,水锤效应,油箱

１绪论逡逑１．１液压水锤及其研究意义逡逑杀爆类战斗部爆炸会形成高速破片，当破片撞击充液容器（如图１．１所示，包括飞逡逑机与车辆的油箱、输油管道以及油罐车等）时产生水锤效应，该效应能大幅度增强破片逡逑对容器的毁伤能力，不少飞机损失于该类破片撞击油箱形成的液压水锤效应［１４］。逡逑＿翻＿＿逡逑图ｌ．ｉ充液容器图逡逑高速物体（如圆柱形或球形破片等）撞击装有燃料和未装燃料的容器时，即使燃料逡逑不被引燃的情况下，前者壁面的破坏非常严重。如图１．２所示［５，６１。可见，液压水锤对容逡逑器结构有很强的破坏效应。逡逑＿逦＿逡逑（ａ）有水锤效应时的毁伤情况逦（ｂ）无水锤效应时的毁伤情况逡逑图１．２有无水锤效应的容器毁伤图逡逑飞机与车辆的油箱等充液容器的毁伤程度直接决定了容器内燃料的损失量。高速破逡逑片撞击油箱等充液容器时，若容器前后壁面只有圆孔均未出现裂纹时，容器内燃料通过逡逑容器前后壁面上的小孔向外漏液；前后壁面均出现裂纹时，容器内燃料则通过前后壁面逡逑上大孔向外漏液，即充液容器前后壁面均出现裂纹时，充液容器的毁伤程度更高。因此，逡逑液压水锤对装有液体容器结构的毁伤机理研宄可以得到破片大小和撞击动能等与容器逡逑壁面毁伤的关系

破片,含水,容器,方管

论硕士学位论（６０６３－Ｔ５）方管来模拟机翼油箱受到撞击。在铝管中分别填充１００％、７５％和６０％，用来研宄铝管内充液比对液压水锤现象的影响。在方管上放置五个应变片并在安装了两个压力传感器来记录试验中方管壁面的变形和液体内压力的变化，用高机记录空腔形成的过程。试验装置如图１．３所示，破片在充水７５％的容器中的运１．４所示，并且完整的记录了液压水锤的过程。可以看到冲击阶段，一个很强的作用在方管壁面上，拖拽阶段和空化阶段持续的时间大于冲击阶段持续的时间。水中运动时将动能传递给水，同时方管壁面产生最大的塑性变形。且不同速度的击充液方管产生的水锤效应也不同，撞击速度越大，冲击阶段产生的压力脉冲越拽阶段气腔的膨胀越快。然而高速破片撞击液体填充率低的方管，只在破片路径邻区域内产生永久变形。复合材料因其具有高强度低密度的特性，近年来在航空域广泛应用，因此，液压水锤效应对复合材料的影响也越来越受重视［５１￣５５］。逡逑

【参考文献】