一種新型爆炸膨脹環（柱殼）實驗技術及其套用

《一種新型爆炸膨脹環（柱殼）實驗技術及其套用》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由湯鐵鋼擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：一種新型爆炸膨脹環（柱殼）實驗技術及其套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：湯鐵鋼
• 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所

項目摘要

傳統爆炸膨脹環實驗技術採用兩端雷管起爆、爆轟波對碰後載入的方式，由此帶來了金屬環載入的不穩定、實驗重複性差、實驗成本高等問題。本項目針對這些問題提出新的技術思路，改進傳統爆炸膨脹環實驗技術中的起爆方式，建立一種軸心線起爆方式的新型爆炸膨脹環（柱殼）實驗技術，同步線起爆長度達到200mm，驅動柱殼均勻膨脹的長度超過100mm。新型實驗技術可以實現金屬環（柱殼）的穩定載入，實驗重複性及實驗效率均有望得到大幅度提高。在此實驗平台上，開展一維拉伸、平面應變載入條件下的金屬環、柱殼的動態回響實驗研究。重點研究材料在一維高應變率拉伸狀態下的本構關係、金屬環的動態破碎規律、金屬環在膨脹變形過程中損傷演化規律、金屬柱殼膨脹過程中裂紋的擴展規律等，為最終建立描述爆炸載入下金屬殼體膨脹斷裂過程的本構模型奠定基礎。

結題摘要

高應變率載入下金屬材料的變形、破壞等動力學行為一直是工程套用和基礎科學研究關注的焦點。爆炸膨脹環是一種除霍普金森拉桿和電磁載入外可用於研究高應變率條件下金屬材料動態回響的實驗技術。本項目中，針對早期發展的兩端起爆炸藥載入金屬環引起的不穩定，我們利用中心線起爆技術建立了實現同步起爆柱對稱炸藥的實驗平台，獲得了軸對稱的柱面爆轟波，提高金屬驅動器的均勻載入。通過爆炸絲爆炸過程的動態圖像認識以及其電流波形的數據分析，證實了該爆炸絲起爆系統能取得很好的同步性。在此基礎上，建立帶金屬驅動器的起爆系統，開展不同炸藥量載入下金屬膨脹環均勻膨脹的重複性實驗，展示該系統載入可重複性的提高。進一步地我們開展了：（1）高應變率載入條件下無氧銅的動態變形過程研究，提出更適合描述該材料動態回響的本構模型；（2）一維應變條件下20鋼膨脹柱殼恆定應變率下的應力-應變關係；（3）研究預置缺陷金屬柱殼在環向拉伸下萌生擴展，給出了裂紋尖端速度剖面並利用有限元方法模擬其物理過程；（4）利用一個驅動器帶多個金屬環裝置提高回收破片數目，獲得金屬鋁及銅的動態破碎規律準確地吻合Weibull統計分布。考慮到該實驗平台的這些套用所獲得實驗結果將有助於金屬材料動態回響過程的物理認識、理論模型發展及數值模擬，而該實驗平台的穩定性也確保其在後期套用發揮更大的空間。