水下爆炸实验安全塔强度设计及隔振技术研究

摘要

水下爆炸实验平台是实验室根据爆炸相似原理，利用少量炸药对水下爆炸作用规律进行实验研究的主要设备，它主要包括水下爆炸实验安全塔和测试记录仪器。水下爆炸实验安全塔同时也是金属爆炸加工成型的主要设备。安全塔的主要作用是屏蔽水下爆炸能量的破坏作用，减小水下爆炸对周围环境的影响。因此，安全塔的正确设计和合理使用，直接关系到实验的安全和塔体的使用寿命。 本文首先运用无限长平面应变壳的简化力学模型，在弹性变形范围内，研究了水下爆炸实验安全塔壁部的应变与内部爆炸冲击波强度之间的关系，建立了数学模型，利用MATLAB编写了计算程序，得到了数学解析解。然后利用应变片电测法，通过物理实验测量了在不同药量炸药爆炸作用下，小型水下爆炸实验水罐壁部应变曲线，并与理论解析解得到的应变曲线进行了对比，证实了理论解析解的正确性。接着利用有限元动力分析软件LS-DYNA，对水下爆炸实验水罐内部冲击波压力的动态分布和壁部的动态响应，进行了三维数值模拟。通过对数值模拟结果的分析，得出了水下爆炸实验水罐内部爆炸冲击波随时间变化的动态分布规律，确定了在内部爆炸冲击波作用下，壁部最大应变发生的区域，并给出了其形成的原因。最后本文提出了利用空气隔层阻隔水中冲击波的设想，并分析了其对冲击波衰减的原理。通过实验研究证明，水中空气隔层对水下爆炸冲击波有较好的阻隔作用。在以上工作的基础上，结合985工程建设的需要，设计并组织建造了一个直径5m，高5m能够承受0.5kg TNT当量炸药内爆的水下爆炸实验安全塔，现已通过验收投入使用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景及其研究意义

1.2国内外发展概况

1.3主要研究内容、及研究方法

参考文献

第二章圆柱形水下爆炸实验容器壁部应变规律理论研究

2.1引言

2.2水下爆炸实验容器的简化模型

2.3水下爆炸实验容器中冲击波强度的确定

2.4薄壁壳的强度计算

2.4.1薄壁壳的基本方程

2.4.2力的平衡方程

2.4.3算例

2.5本章小结

参考文献

第三章圆柱形水下爆炸实验容器壁部应变规律实验研究

3.1引言

3.2实验仪器参数设置

3.3应变片法测量动态应变的实验原理

3.3.1电阻应变片工作原理

3.3.2电阻应变片测量电路原理

3.3.3应变片粘贴方法

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

参考文献

第四章水下爆炸实验容器冲击波压力分布规律数值模拟研究

4.1引言

4.2 LS-DYNA程序概况及算法简介

4.3数值模拟建模与模拟结果验证

4.3.1有限元模型

4.3.2材料模型及材料参数

4.3.3数值模拟结果的经验公式验证

4.3.4数值模拟结果的实验验证

4.4数值模拟结果分析及结构优化设计

4.5本章小结

参考文献

第五章水中空气隔层对水下爆炸冲击波衰减作用的研究

5.1引言

5.2空气、水中爆炸冲击波衰减原理分析

5.3水下爆炸冲击波传播规律实验研究

5.4本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1本文的主要研究工作

6.2本文创新点及主要工作

6.3问题及展望

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果