聚脲弹性体夹层防爆罐抗爆性能研究

摘要

防爆安全一直都是世界各国普遍关注的主要问题，爆炸产生的冲击波不仅能造成建筑物等公共设施的破坏，而且会透过建筑物对人身安全构成严重威胁。发展轻型化抗爆性能好的防爆罐一直都是公共场所需要和防护领域追求的目标。夹层结构和新型高分子材料的出现为研究轻型防爆罐提供了新的方向，同时为新型防爆罐的工程运用提供理论依据。
　　本文主要以弹性体夹层防爆罐为研究对象，从防爆罐的最大径向变形、冲击波衰减幅度和弹性体夹层吸能情况三个方面分析了防爆罐的抗爆性能。采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的研究方法来分析防爆罐的抗爆性能。理论分析了冲击波衰减、弹性体夹层吸能和夹层结构变形的影响因素。采用数值仿真计算了防爆罐的最大径向变形和冲击波在弹性体中的衰减情况。通过防爆罐抗爆性能试验来验证仿真的正确性。
　　本文主要研究内容包括以下几个方面:
　　(1)研究了弹性体夹层结构在爆炸载荷作用下的变形机理，推导了冲击波在弹性体夹层结构复合靶板中的衰减公式，与夹层材料的波阻抗有关;分析了弹性体夹层结构复合靶板在爆炸载荷作用下的吸能特性，推导出弹性体夹层的吸能公式，吸能与夹层厚度有关。
　　(2)运用仿真软件LS-DYNA模拟了三种不同夹层防爆罐在爆炸载荷下的动态响应。通过对比得到，聚脲弹性体夹层防爆罐的最大径向变形最小，吸能特性最好，冲击波在弹性体夹层防爆罐中衰减幅度最大。综合考虑这三个因素，因此可认为聚脲弹性体夹层防爆罐的抗爆性能最好。
　　(3)以弹性体夹层防爆罐为研究对象，分析不同药量、不同弹性体夹层厚度和不同面板背板厚度比其对防爆罐抗爆性能的影响。结果表明，随着药量的增大，外面板的径向变形也相应增大。当内径不变，弹性体夹层厚度为30mm时，冲击波衰减幅度最大;当外径不变，弹性体夹层厚度为30mm时，最大径向变形最小。通过仿真与理论计算的对比验证了理论计算的正确性。在减小防爆罐径向变形方面，采用厚内面板、薄外面板的配置要优于薄内面板、厚外面板的配置。
　　(4)为了验证仿真的正确性，设计了防爆罐抗爆试验。通过试验得到了防爆罐的最大径向变形情况，与仿真结果相比误差都在10％以内，证明了仿真的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 夹层结构在抗爆领域应用情况

1．2．1 泡沫金属夹层结构

1．2．2 蜂窝夹层结构

1．2．3 复合材料夹层结构

1．3 聚脲弹性体研究现状

1．4 防爆罐研究现状

1．5 本文的主要研究内容

2 爆炸载荷作用下聚脲弹性体夹层理论分析

2．1 弹性体夹层的吸能

2．2 冲击波在夹层结构中的传播规律

2．3 弹性体夹层结构在爆炸载荷下的变形分析

2．4 本章小结

3 聚脲夹层防爆罐抗爆性能仿真研究

3．1 引言

3．2 有限元模型及网格划分

3．3 材料模型和状态方程

3．3．1 炸药的材料模型

3．3．2 空气的材料模型

3．3．3 聚脲弹性体的材料模型

3．3．4 橡胶的材料模型

3．3．5 钢板的材料模型

3．4 不同夹层结构防爆罐抗爆性能

3．4．1 爆炸及防爆罐动态响应过程分析

3．4．2 防爆罐的最大变形分析

3．4．3 防爆罐的吸波特性分析

3．4．4 防爆罐的吸能分析

3．4．5 小结

3．5 不同药量下防爆罐的抗爆性能

3．6 不同夹层厚度防爆罐的抗爆性能

3．6．1 防爆罐变形情况分析(外径不变)

3．6．2 防爆罐变形情况分析(内径不变)

3．6．3 仿真与理论计算的对比

3．6．4 小结

3．7 不同配置弹性体防爆罐的抗爆性能

3．8 本章小结

4 试验研究

4．1 防爆罐制备

4．2 试验方法及参数

4．3 试验结果与分析

4．4 本章小结

5 结束语

5．1 总结

5．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况