【摘要】：爆炸容器是一類特殊的內(nèi)高壓抗爆容器,能夠有效地約束炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波,限制爆轟產(chǎn)物及爆破碎片的作用范圍,保護(hù)實(shí)驗(yàn)人員和周圍儀器的安全。因此,廣泛應(yīng)用于爆炸材料性能測(cè)試、爆炸效應(yīng)測(cè)試、爆炸加工及爆炸銷毀等科研、工業(yè)和國(guó)防軍事領(lǐng)域。爆炸容器內(nèi)部承受較大的沖擊載荷以及沖擊波的反射疊加作用,其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)研究對(duì)于其安全性分析具有十分重要的意義。本文針對(duì)安徽理工大學(xué)自行設(shè)計(jì)研制的1kg TNT當(dāng)量橢球封頭柱形爆炸容器展開相關(guān)研究,主要進(jìn)行了爆炸容器設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算校核、內(nèi)爆炸沖擊波超壓測(cè)試、地面振動(dòng)效應(yīng)測(cè)試以及筒體振動(dòng)效應(yīng)測(cè)試。具體研究工作及相關(guān)結(jié)論有:(1)針對(duì)該爆炸容器,進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算校核。通過(guò)入射波超壓計(jì)算出反射波超壓,采用動(dòng)力系數(shù)法將動(dòng)態(tài)載荷轉(zhuǎn)化為等效靜載荷,進(jìn)而應(yīng)用強(qiáng)度校核理論進(jìn)行壁厚、最大允許工作壓力及應(yīng)力校核。考慮到爆炸容器長(zhǎng)期使用過(guò)程中的疲勞損傷和腐蝕裕度,計(jì)算校核得出:爆炸容器的橢球封頭及筒體計(jì)算壁厚遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)壁厚;最大允許工作壓力遠(yuǎn)大于1 kg TNT當(dāng)量炸藥爆炸轉(zhuǎn)化的靜載荷壓力,該爆炸容器設(shè)計(jì)安全性較高。(2)通過(guò)沖擊波超壓測(cè)試系統(tǒng),改變實(shí)驗(yàn)藥量,測(cè)試不同水平距離處爆炸沖擊波壓力時(shí)程曲線,分析了沖擊波傳播規(guī)律,并采用經(jīng)典的W.E.Baker公式和K-G公式計(jì)算了沖擊波超壓峰值。實(shí)驗(yàn)測(cè)試及理論計(jì)算結(jié)果表明:K-G公式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的誤差很大,誤差范圍在70%～80%之間;而W.E.Baker公式計(jì)算誤差更大,在75%～85%之間。本文根據(jù)爆炸相似律原理擬合得出適用于該爆炸環(huán)境的超壓計(jì)算公式:(?)。采用該公式計(jì)算,誤差減小至0.5%～15%之間。(3)測(cè)試了乳化炸藥在爆炸容器內(nèi)空中及地面兩種不同的起爆方式下爆炸引起的周圍地面振動(dòng)效應(yīng),分析了裝藥量及測(cè)點(diǎn)距離對(duì)于地面振動(dòng)效應(yīng)的影響;同時(shí)使用HHT方法分析地面振動(dòng)的頻率分布。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn):爆炸容器內(nèi)地面爆炸振動(dòng)速度與裝藥量和測(cè)點(diǎn)距離密切相關(guān),通過(guò)最小二乘法擬合得到三者之間的關(guān)系式為:(?)。而裝藥量的增加對(duì)于爆炸容器內(nèi)地面爆炸低階頻率段分布的影響較大,即5～10 Hz低階頻率段的振動(dòng)幅值隨藥量的增加逐漸增大,振動(dòng)作用時(shí)間逐漸增加;而對(duì)于20～60 Hz頻率段振動(dòng)幅值影響相對(duì)較小。隨著測(cè)點(diǎn)距離的增加,低階頻率段的能量幅值逐漸減弱,振動(dòng)作用時(shí)間逐漸縮短,與測(cè)試波形具有較高的一致性。(4)使用加速度傳感器采集了爆炸容器內(nèi)爆炸筒體振動(dòng)加速度信號(hào),通過(guò)擬合多項(xiàng)式去除積分趨勢(shì)項(xiàng),從而得到有效的時(shí)間-速度曲線;使用HHT方法分析振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻分布,同時(shí)結(jié)合爆炸容器筒體的固有振動(dòng)頻率,分析振動(dòng)效應(yīng)對(duì)于爆炸容器安全性的影響。分析得出:爆炸容器特殊的“鋼板-緩沖隔層-鋼板”結(jié)構(gòu)具有一定的安全防護(hù)作用,緩沖隔層有效地吸收了爆炸產(chǎn)生的能量,筒體外壁面振動(dòng)速度信號(hào)頻率分布較內(nèi)壁面更為集中,主要分布在0～200 Hz的低階頻率段;同時(shí),低階頻率段的作用時(shí)間明顯縮短,振動(dòng)頻率明顯減小,遠(yuǎn)離爆炸容器筒體的固有振動(dòng)頻率。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X832
【圖文】：

工大學(xué)于２００５年新建了邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴＴ當(dāng)量的雙層圓柱形爆炸容器。該爆炸容器爆炸噪逡逑聲小，震動(dòng)小，滿足了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境影響較小。該爆炸逡逑容器的外觀如圖３所示。逡逑３逡逑

２．１．１空中爆炸沖擊波傳播理論逡逑炸藥在空中爆炸后，周圍介質(zhì)會(huì)受到高溫、高壓、高速的爆炸產(chǎn)物強(qiáng)烈沖擊逡逑和壓縮作用，從而形成爆炸沖擊波�？罩斜_擊波的傳播過(guò)程如圖４所示。逡逑若球形藥包的半徑為ｒ，距爆炸中心的距離為ｉ？，當(dāng)主要受到爆逡逑炸產(chǎn)物的作用；當(dāng)１４ｒ＜ｉ？＾２０ｒ，受到爆炸沖擊波和爆炸產(chǎn)物的共同作用；當(dāng)逡逑及２邋２０／■，主要受到爆炸沖擊波的作用。逡逑炸藥在空中爆炸后，沖擊波壓力從未擾動(dòng)狀態(tài)發(fā)生突越，產(chǎn)生極大的正壓力，逡逑升高到峰值＜，形成正壓區(qū)；隨著傳播時(shí)間的增加，沖擊波波陣面后的空氣開始逡逑膨脹，導(dǎo)致壓力不斷下降，基本上呈指數(shù)律下降，低于初始?jí)毫笮纬韶?fù)壓區(qū)。逡逑沖擊波在自由傳播過(guò)程中，波的強(qiáng)度會(huì)隨著傳播距離的增加而逐漸衰減，最后衰逡逑減為聲波�？諝鉀_擊波傳播的壓力時(shí)程曲線如圖５所示［７５

壓力為１．９５邋ＭＰａ，設(shè)計(jì)壓力為２．０邋ＭＰａ。爆炸容器采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，中間填充緩逡逑沖材料，底部鋪設(shè)沙子，以便減少噪音和衰減爆炸沖擊波作用。內(nèi)外門均采用圓逡逑角制造，防止應(yīng)力集中造成破壞。爆炸容器的實(shí)物如圖６所示。逡逑自逡逑暇４１逡逑圖６邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴ當(dāng)量圓柱形爆炸容器逡逑Ｆｉｇ．６邋１邋ｋｇ邋ＴＮＴ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ邋ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ邋ｃｏｎｔａｉｎｅｒ逡逑１７逡逑

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