复合结构防爆罐抗爆性能研究
发布时间：2021-02-25 15:39
随着哈尔滨日遗化武销毁基地的竣工,如何运送日遗化武已经成为较为严重的问题,日遗化武的运输,可能会产生毒气的泄漏和弹体的爆炸,对城市和运输人员构成极为严重的威胁。研制重量较轻且抗爆性能较好的防爆罐,一直是运输日遗化武的主要目的。新型高分子材料复合结构防爆罐的出现为轻型防爆罐的研究奠定基础,将大大促进复合结构防爆罐抗爆性能的工程应用。本文主要以蜂窝夹层复合结构防爆罐为主要研究对象,对防爆罐的最大变形量、蜂窝夹层对冲击波的衰减幅度和蜂窝夹层对能量的吸收三个方面进行研究。采用了理论分析、数值模拟及实验方法分析了蜂窝夹层结构防爆罐的抗爆性能。其中,基于爆轰物理学原理分析了爆轰波在蜂窝夹层内的传播规律,以此为基础研究蜂窝夹层结构的吸能效果,并且分析了弹体（红弹）爆炸驱动形成破片特性。采用数值模拟方法分析了防爆罐的最大形变量和冲击波在蜂窝夹层结构防爆罐中的衰减情况,本文主要研究内容包括以下几个方面:（1）计算了红弹爆炸时破片的初速,对蜂窝结构的理论分析和爆轰波在防爆罐内传播规律的理论分析:分析了复合靶板在爆炸载荷下的吸能特性,建立了防爆罐夹层的吸能模型,研究了蜂窝结构独有的吸能特性。（2）通过数值模...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝Fig.2.1schematicd
第3章防爆罐单层壁厚设计与复合结构厚度匹配优化-21-防爆罐主要由防爆罐罐体、连接装置、闭合装置三部分组成。根据防爆罐结构对称特点仿真模型采用四分之一建模，不仅可以使装药便捷，更可以进一步减少计算量。连接装置、闭合装置两部分的四分之一模型，如图3.1所示。连接装置闭合装置图3.1防爆罐零件图Fig.3.1Explosionprooftankpartsdrawing连接装置与罐体上下半球紧密连接在一起，其外沿高为10mm，厚度为30mm，闭合装置宽为20mm，长为120mm，内凹槽深10mm、宽60mm，与连接装置完全闭合。防爆罐整体结构为球形，内径为1000mm，壁厚为40mm，防爆罐总尺寸直径为1080mm，如图3.2所示。图3.2单层防爆罐模型Fig.3.2schematicdiagramofhoneycombinterlayer3.3材料参数设定防爆罐罐体、连接装置、闭合装置材料均采用4340钢。材料参数见表1。表3.1模型材料参数Table3.1Modelmaterialparameters组件ρ/(t/m3)E/GPaμ罐体7.892100.3连接处7.892100.3闭合装置7.892100.3TNT1.6319-
第3章防爆罐单层壁厚设计与复合结构厚度匹配优化-22-3.4单层防爆罐仿真分析防爆罐内红弹爆炸的冲击波对罐体产生冲击，以下用仿真方法分析罐体对冲击波的响应，分别计算20mm、30mm、40mm和50mm壁厚的防爆罐在相同爆炸载荷下所产生的应力及变形，并分析防爆罐的应力集中。3.4.1单层结构防爆罐的应力分析通过UG建模软件建立不同尺寸单层结构防爆罐模型并导入到动力学仿真软件Autodyn中，运用Autodyn软件对防爆罐的受冲击过程进行仿真分析。防爆罐容积不变，内径均为1000mm，分别设定防爆罐壁厚为20mm、30mm、40mm、50mm。由于本文设计防爆罐为轴对称结构，采用1/4模型进行仿真分析，防爆罐模型内的中心部位为炸药，罐内外添加空气域，并对各部分进行网格划分，设置炸药和空气部分采用多物质ALE算法，防爆罐部分采用拉格朗日算法，并对炸药采用流固耦合控制，计算模型如图3.3所示。图3.3防爆罐仿真模型Fig.3.3simulationmodelofexplosion-prooftank在Autodyn中依次点击parts-fill-block选项进行炸药模型建立，炸药尺寸为100×100×60。因为炸药为长方体分布不够均匀，以至球形防爆罐各点受力不均匀。3.4.2不同壁厚防爆罐抗爆性能分析针对壁厚分别为20mm、30mm、40mm、50mm的球形防爆罐，在4kgTNT爆炸作用下的相应特性进行数值分析，仿真过程中监测得到的防爆罐不同位置应力及位移云图，如图3.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南京城市地下空间综合防灾规划研究[J]. 王江波,柴琳,苟爱萍. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[2]泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能[J]. 高海莹,刘中宪,杨烨凯,吴成清,耿佳莹. 爆炸与冲击. 2019(02)
[3]泡沫铝硅合金夹层板局部压缩特性仿真分析[J]. 张华林,赵昂,朱正江,胡曰博. 电子科技. 2019(11)
[4]基于层次分析法（AHP）的公共场所安防指数评价研究[J]. 李江南. 中国人民公安大学学报(自然科学版). 2016(04)
[5]复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟[J]. 顾文彬,胡亚峰,徐浩铭,刘建青,董勤星,陈学平. 含能材料. 2014(03)
[6]梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化[J]. 亓昌,杨丽君,杨姝. 振动与冲击. 2013(13)
[7]铝蜂窝异面压缩吸能特性实验评估[J]. 王中钢,鲁寨军. 中南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[8]泡沫铝夹芯圆筒抗爆性能研究[J]. 刘新让,田晓耕,卢天健,梁斌,王伊卿. 振动与冲击. 2012(23)
[9]破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析[J]. 孔祥韶,吴卫国,李晓彬,徐双喜,黄燕玲. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响[J]. 倪小军,沈兆武,杨昌德. 含能材料. 2011(03)
博士论文
[1]论国际人道法在中国的实践[D]. 孟凡明.中国政法大学 2011
硕士论文
[1]强动载荷下聚脲涂覆钢复合结构防护效应研究[D]. 贾子健.中北大学 2019
[2]聚脲弹性体夹层防爆罐抗爆性能研究[D]. 宋彬.南京理工大学 2016
[3]聚脲弹性体复合结构抗冲击防护性能研究[D]. 许帅.北京理工大学 2015
[4]橡胶填充蜂窝夹层复合结构抗爆性能研究[D]. 朱易.南京理工大学 2014
[5]可变形蜂窝结构的力学性能分析[D]. 赵显伟.哈尔滨工业大学 2013
[6]蜂窝材料面内冲击吸能性能优化及在电动汽车耐撞性设计中的应用[D]. 孙京帅.大连理工大学 2013
[7]高性能纤维混凝土力学性能试验研究[D]. 刘博.长安大学 2012
本文编号：3051185
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝Fig.2.1schematicd
第3章防爆罐单层壁厚设计与复合结构厚度匹配优化-21-防爆罐主要由防爆罐罐体、连接装置、闭合装置三部分组成。根据防爆罐结构对称特点仿真模型采用四分之一建模，不仅可以使装药便捷，更可以进一步减少计算量。连接装置、闭合装置两部分的四分之一模型，如图3.1所示。连接装置闭合装置图3.1防爆罐零件图Fig.3.1Explosionprooftankpartsdrawing连接装置与罐体上下半球紧密连接在一起，其外沿高为10mm，厚度为30mm，闭合装置宽为20mm，长为120mm，内凹槽深10mm、宽60mm，与连接装置完全闭合。防爆罐整体结构为球形，内径为1000mm，壁厚为40mm，防爆罐总尺寸直径为1080mm，如图3.2所示。图3.2单层防爆罐模型Fig.3.2schematicdiagramofhoneycombinterlayer3.3材料参数设定防爆罐罐体、连接装置、闭合装置材料均采用4340钢。材料参数见表1。表3.1模型材料参数Table3.1Modelmaterialparameters组件ρ/(t/m3)E/GPaμ罐体7.892100.3连接处7.892100.3闭合装置7.892100.3TNT1.6319-
第3章防爆罐单层壁厚设计与复合结构厚度匹配优化-22-3.4单层防爆罐仿真分析防爆罐内红弹爆炸的冲击波对罐体产生冲击，以下用仿真方法分析罐体对冲击波的响应，分别计算20mm、30mm、40mm和50mm壁厚的防爆罐在相同爆炸载荷下所产生的应力及变形，并分析防爆罐的应力集中。3.4.1单层结构防爆罐的应力分析通过UG建模软件建立不同尺寸单层结构防爆罐模型并导入到动力学仿真软件Autodyn中，运用Autodyn软件对防爆罐的受冲击过程进行仿真分析。防爆罐容积不变，内径均为1000mm，分别设定防爆罐壁厚为20mm、30mm、40mm、50mm。由于本文设计防爆罐为轴对称结构，采用1/4模型进行仿真分析，防爆罐模型内的中心部位为炸药，罐内外添加空气域，并对各部分进行网格划分，设置炸药和空气部分采用多物质ALE算法，防爆罐部分采用拉格朗日算法，并对炸药采用流固耦合控制，计算模型如图3.3所示。图3.3防爆罐仿真模型Fig.3.3simulationmodelofexplosion-prooftank在Autodyn中依次点击parts-fill-block选项进行炸药模型建立，炸药尺寸为100×100×60。因为炸药为长方体分布不够均匀，以至球形防爆罐各点受力不均匀。3.4.2不同壁厚防爆罐抗爆性能分析针对壁厚分别为20mm、30mm、40mm、50mm的球形防爆罐，在4kgTNT爆炸作用下的相应特性进行数值分析，仿真过程中监测得到的防爆罐不同位置应力及位移云图，如图3.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]南京城市地下空间综合防灾规划研究[J]. 王江波,柴琳,苟爱萍. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[2]泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能[J]. 高海莹,刘中宪,杨烨凯,吴成清,耿佳莹. 爆炸与冲击. 2019(02)
[3]泡沫铝硅合金夹层板局部压缩特性仿真分析[J]. 张华林,赵昂,朱正江,胡曰博. 电子科技. 2019(11)
[4]基于层次分析法（AHP）的公共场所安防指数评价研究[J]. 李江南. 中国人民公安大学学报(自然科学版). 2016(04)
[5]复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟[J]. 顾文彬,胡亚峰,徐浩铭,刘建青,董勤星,陈学平. 含能材料. 2014(03)
[6]梯度铝泡沫夹层结构抗爆性能仿真与优化[J]. 亓昌,杨丽君,杨姝. 振动与冲击. 2013(13)
[7]铝蜂窝异面压缩吸能特性实验评估[J]. 王中钢,鲁寨军. 中南大学学报(自然科学版). 2013(03)
[8]泡沫铝夹芯圆筒抗爆性能研究[J]. 刘新让,田晓耕,卢天健,梁斌,王伊卿. 振动与冲击. 2012(23)
[9]破片侵彻钢/陶瓷/钢复合板的特性分析[J]. 孔祥韶,吴卫国,李晓彬,徐双喜,黄燕玲. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响[J]. 倪小军,沈兆武,杨昌德. 含能材料. 2011(03)
博士论文
[1]论国际人道法在中国的实践[D]. 孟凡明.中国政法大学 2011
硕士论文
[1]强动载荷下聚脲涂覆钢复合结构防护效应研究[D]. 贾子健.中北大学 2019
[2]聚脲弹性体夹层防爆罐抗爆性能研究[D]. 宋彬.南京理工大学 2016
[3]聚脲弹性体复合结构抗冲击防护性能研究[D]. 许帅.北京理工大学 2015
[4]橡胶填充蜂窝夹层复合结构抗爆性能研究[D]. 朱易.南京理工大学 2014
[5]可变形蜂窝结构的力学性能分析[D]. 赵显伟.哈尔滨工业大学 2013
[6]蜂窝材料面内冲击吸能性能优化及在电动汽车耐撞性设计中的应用[D]. 孙京帅.大连理工大学 2013
[7]高性能纤维混凝土力学性能试验研究[D]. 刘博.长安大学 2012
本文编号：3051185
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