複合材料抗爆容器動力學回響機理研究

《複合材料抗爆容器動力學回響機理研究》是依託北京理工大學，由龍仁榮擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：複合材料抗爆容器動力學回響機理研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：龍仁榮
• 項目類別：聯合基金項目

項目摘要

複合材料抗爆容器在內爆載荷作用下的動力學回響機理研究涉及爆炸力學、結構衝擊動力學、材料學等學科領域，對複合材料動態力學行為研究和複合材料抗爆容器的設計具有重要的理論價值和實際意義。本項目以複合材料抗爆容器為研究對象，通過實驗、理論分析和數值計算，系統研究複合材料抗爆容器在內爆載荷作用下的動力學回響機理，著重分析爆炸載荷、材料、纏繞方式和結構尺寸等參數對抗爆容器動態回響規律的影響，揭示複合材料抗爆容器在內部爆炸載荷作用下的破壞機制，建立相應的失效準則，為複合材料抗爆容器的設計提供參考。

結題摘要

抗爆容器作為一種能有效將爆炸危害限制在容器內部的裝置，已廣泛用於工業、軍事和科研中。纖維增強複合材料具有高強度低密度等優點，在壓力容器和抗爆容器套用中展示了其優良的性能。纖維複合材料抗爆容器通常由金屬內襯和外部纏繞的纖維層組成。本課題針對複合材料抗爆容器在內部爆炸載荷作用下回響和破壞開展研究，揭示其破壞機制，提出相應的失效準則，為複合材料抗爆容器的設計提供理論基礎。 利用分離式Hopkinson拉桿開展了單向玻璃纖維和碳纖維增強樹脂基複合材料的動態拉伸力學性能研究，結果實驗表明兩種纖維複合材料在400-2000s-1均有明顯的應變率強化效應。玻璃纖維複合材料強度比碳纖維複合材料強度低，但斷裂應變比碳纖維高，斷裂時的應變能比碳纖維高。實驗後拍攝試件斷裂表面SEM照片，利用照片分析了單向玻璃纖維複合材料斷裂應變大斷裂應變能高的原因。並確定了採用玻璃纖維製作複合材料圓筒。 開展了玻璃纖維複合材料圓筒和等尺寸等面密度不鏽鋼金屬圓筒的內爆實驗和數值模擬研究，利用三維數字散斑技術測量了筒壁的形變歷程，結果顯示：不鏽鋼由於屈服極限較低，在較小的內爆載荷作用下中心橫剖面處金屬筒在環向就進入了屈服變形狀態，纖維材料的比強度高，纖維層變形處於彈性變形狀態，筒壁會發生膨脹和收縮，但在往復變形過程中幅值衰減很快。在80g和100gTNT藥量內爆下，纖維的最外層環向纏繞層發生了破壞，從直觀上看，複合材料圓筒的破壞最先是從其最外測的環向纏繞層開始。 在實驗和數值理論分析的基礎上，建立了複合材料圓筒在內爆載荷作用下各分層變形過程的模型，利用模型分析在內爆載荷複合材料圓筒的破壞機理，與實驗結果相符合。在此基礎上，提出了柱形抗爆容器適用強度準則為最大應變準則，利用衝擊動力學和振動力學的理論開展了柱形複合材料抗爆容器的理論設計研究。