5KgTNT当量球形爆炸容器的设计

摘要

爆炸容器是一种潜在危险的限域装置，它能限制爆炸冲击波和产物的作用范围，对试验人员和设备实现有效的近距离保护，方便对爆炸和爆轰过程进行观察和测试，因此被广泛地应用于国防军事、爆炸加工、危险物质储运和科学研究等领域。随着爆炸容器的大型化，目前广泛使用的单层爆炸容器的固有缺点逐渐显露出来，如制造困难、成本高、厚钢板锻件质量不易保证等，难以满足爆炸容器大当量化的要求。因此研究复合结构爆炸容器来满足爆炸容器大当量化的要求具有十分重要的意义。
　　本文的主要研究方法及内容为:
　　1.建立爆炸容器理论计算体系。通过预定的容器TNT当量和内径，定性分析容器壁在炸药爆炸下的应力响应，结合多种爆炸模型，计算出容器的入射超压与反射超压，运用动力系数法将炸药爆炸下的动载荷转化为等效静载荷，从而计算出容器设计壁厚，利用应力校核的方式对理论计算结果进行验证。
　　2.确定爆炸容器的设计思路和设计方法。通过理论计算，结合教学实验需求及以往的爆炸容器设计经验，给出爆炸容器的具体设计思路和方法，并对爆炸容器复合结构进行性能分析，同时对爆炸容器减震降噪性能进行分析评价。
　　3.基于ANSYS/LS-DYNA，建立球形爆炸容器刚塑性动力响应三维数值分析模型。炸药材料采用ANSYS/LS-DYNA自带的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型，爆轰产物状态由EOS_JWL方程确定。通过数值模拟计算，确定了接触计算中关键参数的设置。在此基础上，数值计算了复合结构爆炸容器的动力响应，对爆炸容器抗爆性能作定性定量分析。
　　通过对爆炸容器进行理论计算和数值模拟，计算结果容器的设计壁厚22.5mm远小于实际采用的壁厚50mm，进行压力与强度校核和数值模拟结果表明容器壳体处于屈服强度之内，说明设计的爆炸容器在理论上满足抗爆需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 国内外研究背景

1．2 爆炸容器工程设计的研究进程

1．2．1 金属材料爆炸容器

1．2．2 复合材料爆炸容器

1．3 爆炸容器类型的选择

1．4 爆炸药量及功能的确定

1．5 研究目的

1．6 主要研究内容

2 爆炸容器计算与理论依据

2．1 内壁载荷计算方法

2．2 爆炸容器强度设计

2．2．1 强度设计的基本知识

2．2．2 壳体的强度设计

2．3 爆炸容器理论计算

2．3．1 爆炸容器材质、当量及尺寸

2．3．2 入射超压

2．3．3 反射超压

2．3．4 等效静载荷计算

2．3．5 球壳内层壁厚计算

2．3．6 爆炸容器球壳内壁强度校核

2．4 爆炸产物作用

2．4．1 空爆中爆炸产物的物理现象

2．4．2 爆炸产物的膨胀

2．4．3 爆炸产物作用范围

2．5 本章小结

3 爆炸容器结构设计

3．1 设计方案

3．2 设计原理分析及优点

3．2．1 双层复合结构功能性分析

3．2．2 爆炸容器钢混底座性能分析

3．2．3 爆炸容器双层人孔门结构分析

3．2．4 爆炸容器排烟系统

3．3 本章小结

4 爆炸载荷作用下动力响应数值模拟

4．1 建模方案及参数选择

4．1．1 建模方案

4．1．2 材料模型

4．2 爆炸荷载下爆炸容器动力响应数值模拟

4．2．1 中心位置下起爆壳体动力响应数值模拟

4．2．2 底部沙面位置下起爆壳体动力响应数值模拟

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

读研期间主要科研成果