《水下爆炸衝擊載荷等效載入實驗設備的研製》是依託北京理工大學，由榮吉利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水下爆炸衝擊載荷等效載入實驗設備的研製
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：榮吉利
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著各種材料與結構在艦船和潛艇水下防護上的廣泛套用，這些材料和結構在水下爆炸衝擊載荷作用下的動力學回響研究已引起高度的重視。目前，實驗研究方法主要依賴於水下實爆和水池實驗，較為不便。因此，如何在實驗室中實現模擬水下爆炸衝擊波環境，已成為迫切的研究需求。本項目通過理論、數值模擬及實驗的方法，研製實驗室內專用設備，在不使用炸藥的情況下，利用液氮驅動高速彈丸，撞擊充水靶倉獲取等效水下爆炸衝擊波載荷的方法，建立撞擊等效水下爆炸衝擊回響實驗設備。研究不同材料與典結構在水下爆炸衝擊載荷作用下的失效模式與吸能變形特性，並結合水下爆炸實驗與數值仿真技術驗證等效載入實驗設備的有效性。衝擊載入實驗設備的建立能夠在一定程度上替代水下爆炸衝擊回響實驗，使材料與結構的水下爆炸衝擊回響研究更加方便、安全，也更具可控性，這將有力地促進水下爆炸衝擊下材料與結構的動力學回響研究，相關工作具有科學意義與套用價值。
結題摘要
新材料與結構在艦船和潛艇水下防護上的廣泛套用，使得它們在水下爆炸衝擊載荷作用下的動力學回響研究引起高度的重視，但實驗研究方法主要依賴於水下實爆和水池實驗，十分不便。因此，如何在實驗室中實現模擬水下爆炸衝擊波環境極為有必要。 基於彈性波理論與數值仿真技術，對撞擊產生等效水下爆炸衝擊波的原理進行了研究，驗證了裝置的可行性。研製出了一台等效衝擊載入實驗裝置，它由一級輕氣炮、水靶艙、方艙、壓力採集以及飛片測速系統等組成。通過試驗校核了衝擊波壓力時程，發現撞擊速度與活塞厚度分別決定衝擊波的壓力峰值與脈寬。基於數字圖像相關（DIC）方法，搭建了三維動態DIC測試系統。該系統由高速相機、鹵素燈、數據採集工作站以及同步觸發裝置組成，實現了對靶板回響過程的拍攝，可得到乾表面的離面位移場的形成與演化過程。 對鋁靶板衝擊的載入實驗與數值模擬發現，在鋁板回響前期，位移場是由外向內呈現“環形”過渡演化的，邊界存在彎曲現象；當達到最大變形後出現微小的“回彈”。在無邊界剪裂的情況下，鋁板的最大離面位移與無量綱衝量成線性關係。對蜂窩鋁板的衝擊實驗表明，增加芯層厚度明顯增強了蜂窩鋁板的抗衝擊能力。芯層在受載前期被壓垮壓實，靶板中心產生大面積變形區，之後蜂窩鋁的變形過程與鋁板一致，即最大變形由外向中心過渡。蜂窩鋁板主要毀傷模式有：芯層壓潰整體大變形伴隨濕表面褶皺、乾表面邊界剪裂破壞、濕表面芯層壓痕以及整體翹曲。纖維板的衝擊實驗表明，CFRP與GFRP均呈現脆性破壞特性，在受載初期呈現一定的線彈性。CFRP易產生裂紋撕裂，且斷口粗糙，存在分層、纖維拔出等現象，脆性特徵顯著。GFRP受載後的離面位移場會不斷振盪，且材料內部出現層裂區域，載荷越大層裂區域也越大，同時伴隨基體開裂與纖維界面脫粘。預製裂紋在靶板破壞過程中起到的關鍵作用，“十”字預製刻槽的銅板主要有中心局部頸縮、中心鏤空和十字形撕裂的破壞模式。泡沫鋁板主要有兩種破壞模式，即小載荷時約束邊界處發生邊界剪裂，強載荷下中心區域易發生斷裂毀傷且約束邊界處發生邊界剪裂，中心斷裂會產生三條裂紋。 本項目的研究表明，等效衝擊載入實驗設備的研製能夠在一定程度上替代水下爆炸衝擊回響實驗，使材料與結構的水下爆炸衝擊回響研究更加方便、安全，也更具可控性，將有力地促進水下爆炸衝擊下材料與結構的動力學回響研究，相關工作具有科學意義與套用價值。
