多孔聚氨酯基复合削爆屏障的防护性能

摘要

针对削弱爆炸恐怖袭击危害这一公共安全领域的热点难题,开展新型削/防爆结构的研究刻不容缓。聚氨酯泡沫具有密度低、微观结构易设计、在爆炸载荷作用下不会产生二次杀伤性破片等优点,在新型削爆结构方面具有良好的应用前景。基于削弱爆炸危害的研究背景,搭建了定向冲击波流场装置对聚氨酯平板进行爆炸加载实验,并通过流固耦合数值模拟对实验进行了验证。在此基础上,利用已验证的模拟方法针对聚氨酯(polyurethane,PU)、水体环形复合屏障面向内爆炸载荷的削弱效应进行了模拟分析。以屏障的总体积相等作为设计前提,对比了PU/水、水、水/PU这3种屏障的冲击波削弱性能,并分析了聚氨酯密度对性能的影响规律。结果表明:削爆屏障的存在迫使冲击波发生反射、绕射、透射以及波与波之间的相互作用。相比于纯水屏障,PU/水屏障在自重下降32%的同时,依然能够有效削减冲击波峰值(可达13.3%),主要利用了内侧聚氨酯波的低阻抗来降低冲击波的反射强度。