起爆方式对爆炸网络冲击波压力影响研究

摘要

爆炸切割作为一种新型的特种切割技术，具有效率高、速度快和操作简单等优势，它能够应用在常规切割技术无法使用的特殊环境中。目前的研究多集中于对爆炸切割装置的结构设计与切割能力分析，对爆炸切割装置冲击波超压的研究较少。本文以某水下有机玻璃密封部件的爆炸切割装置为工程背景，为减小微爆索组成的爆炸切割网络在近场特定区域内的冲击波压力，利用数值模拟方法分析了起爆点位置、延时时间和背板对冲击波压力的影响。
　　本文首先计算了单条微爆索的冲击波压力，通过与单条微爆索试验测得的压力进行对比，发现计算值的误差为5.74％，说明本文的数值模拟方法具有较高的精度。然后设计了平面和立体两种爆炸网络，选取了它们正上方10cm高度平面作为压力分析的特征平面，分别分析了单点和双点同时起爆方式特征平面上的压力特性，设计了中心点O点分别延时80μs、180μs和490μs的延时起爆方案，发现延时起爆方案能够减小特征平面上的最大压力;平面网络中，最大压力点位置都在扇形区域内，相对于A点单点起爆方案，O点延时490μs的方案能够有效避免冲击波的叠加效应，最大压力减小了25.8％;立体网络中，最大压力点位置都在中心区域，O点延时490μs的方案在空间立体网络中最大压力减小了45.8％;有背板条件下，最大压力点的位置与前者基本一致，最大压力为无背板情况下的1-2倍之间，O点延时490μs的方案下，冲击波的叠加效应能够避免，平面和立体网络在特征平面上最大压力分别减小了48.5％和60.9％。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 爆炸切割的研究历史及现状

1．1．1 炸力学相关基础理论的研究进展

1．2．2 聚能切割技术的发展现状

1．2．3 装药和起爆方式的研究概况

1．3 本文的工作

2 爆炸力学的基本理论概述

2．1 爆轰波C-J理论和ZND模型

2．2 冲击波的基本理论

2．3 炸药在空气中爆炸的情况

2．4 本章小节

3 数值模拟的理论分析及其算法实现

3．1 有限元法基本理论简介

3．2 有限元法的数值模拟介绍

3．3 相关材料的本构模型与参数

3．4 微爆索的建模方法

3．5 本章小节

4 单条微爆索试验及数值模拟

4．1 试验和仿真模型

4．2 微爆索有限元模型

4．3 数值模拟结果

4．4 本章小节

5 起爆方式对平面爆炸网络冲击波的影响

5．1 平面爆炸网络有限元模型

5．2 双点同时起爆

5．2．1 子网络

5．2．2 单点起爆

5．2．3 双点起爆

5．3 双点分步延时起爆

5．4 本章小节

6 起爆方式对立体爆炸网络冲击波的影响

6．1 立体爆炸网络有限元模型

6．2 双点同时起爆

6．2．1 子网络

6．2．2 单点起爆

6．2．3 双点同时起爆

6．3 双点分步延时起爆

6．4 本章小节

7 背板对爆炸网络冲击波的影响

7．1 有限元仿真模型

7．2 背板对平面爆炸网络超压的影响

7．2．1 有机玻璃平板切割结果

7．2．2 冲击波超压分析

7．3 背板对立体爆炸网络超压的影响

7．3．1 有机玻璃球壳切割结果

7．3．2 冲击波超压分析

7．4 本章小结

8 结论

9 展望

致谢

参考文献