金属泡沫夹芯抗爆容器动力响应的数值模拟

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抗爆容器作为处理爆炸物常用的工具,在现代社会中扮演着十分重要的角色,因此研究其在内爆炸作用下的动力响应具有非凡的意义。本文运用三维动力软件ANSYS/LS-DYNA,对传统柱状抗爆容器在内爆炸作用下的响应过程进行了数值模拟,并比较了不同形式的泡沫铝夹芯结构对其动力响应的影响,得到了使抗爆筒中部径向位移最小的芯层排列方式。   本文首先模拟了单一材料组成的柱状抗爆容器在内爆炸作用下的响应过程,通过与已有的理论数据、实验数据的比较验证了所采用ALE算法的正确性;另外,通过比较平封头抗爆容器及椭球封头抗爆容器的动力响应过程,分析了封头形式对容器动力响应的影响。结果表明:虽然封头形式对容器中部响应的影响不大,但平封头抗爆容器最大应力将出现于封头与简体连接处,椭球封头抗爆容器的最大应力却将出现于封头顶点。   其次,本文研究了单层泡沫铝夹芯对传统椭球封头柱状抗爆容器的防护作用,通过模拟抗爆筒内侧粘贴保护层、外侧粘贴保护层及未采用保护层三种情况下抗爆筒的动力响应,比较了夹芯结构的防护效果;通过改变计算参数,研究了芯层密度,面板厚度,炸药形状等对夹芯结构防护效果的影响,为传统抗爆容器的防护提供了参考。研究表明:在抗爆筒与炸药之间加入轻质、能量吸收良好的泡沫材料可以有效吸收冲击能量、降低抗爆筒应力,为容器安全工作提供良好的支持,并且在一定范围内增加保护层面板厚度或芯层相对密度均可改善抗爆筒性能。   最后,本文还将梯度功能泡沫铝夹芯用于抗爆筒的防护,采用ANSYS/LS-DYNA模拟了两种芯层分布的双层梯度泡沫铝夹芯抗爆容器和六种芯层分布的三层梯度泡沫铝夹芯抗爆容器在内爆炸作用下的动力响应过程,通过比较各芯层的变形过程及能量吸收过程分析了其作用,优化了保护层的性能。结果表明:将泡沫铝按照相对密度从内到外递减的方式排列并放置于抗爆筒内侧,可以在较短时间内吸收较多的冲击能量,衰减应力波,从而更好地保护抗爆筒。这样就可以在工作当量不变的情况下有效减小抗爆容器的质量。  
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