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大型爆炸容器动态应变测试与分析

分类:应力应变测试    关键词:动态应变测试

爆炸容器常用于工业、国防等领域,能够承受和封闭一定当量的爆炸冲击波及爆炸产物的破坏作用,可有效保护人员、设备和环境的安全,是一种防护设备。在容器内实施封闭的化学爆炸时,容器内壁上冲击波的载荷特征是进行爆炸容器结构动力响应分析、安全评估和工程设计的基础。由于封闭爆炸条件下爆炸冲击波的产生、传播和对结构的作用是一个复杂的动力学过程,难以用理论方法获得完整的解析。因此获得比较准确可靠的内壁载荷时间和历程及分布情况,对研究结构动力响应意义重大。本文采用电测试验方法对爆炸防护结构进行动应变测试,获得内壁应力的变化情况,为此类大型爆炸容器的生产和研究提供参考。

工程概况

为取得爆炸焊接半球阻波结构体的结构设计实验依据,在某场所设置了1/6缩比实验模型,模型主体为半球壳体,底部、中部和上部各有1个加强环,表面还设置了加强筋。壳体直径6m,钢板厚6mm,筋板厚6mm、高50mm,上口直径1.33m,材料均为6mm的16MnR钢材,材料设计强度310MPa,弹性模量206GPa,泊松比0.3。模型完成后对其表面进行覆土,并采用2-5kg的各种药量和药形进行爆炸冲击实验,同时在壳体上进行瞬态冲击应变测试,再对测试结果进行计算,得到各测点的应力情况。

测试仪器选用聚航科技生产的JHDY超动态应变仪,所有通道同步采样,单通道采样率高达200khz,配有专用高速通讯软件,测试数据实时同步,自动生成测试报告。应变片采用直角应变花,单点温度补偿。

应变测试点的选择及传感器布置

在结构应力模拟计算分析的基础上,针对该结构爆破过程中的应力薄弱环节,设置了4个测试点(测试点具体位置见图1)。本次测试采用的传感器贴片的位置定在壳体加肋网格的中心点,应变片的布置规定如下:1)0°片方向平行于水平地面方向;2)90°片方向垂直于水平地面方向;3)0°片、45°片、90°片为逆时针方向排列。

爆炸容器.png

1 贴片位置

应变测试结果及分析

(1)经过一系列试验,分析各工况的动应力波形图得出:应力波形为典型的爆炸应力波形,球壳表面在爆炸冲击作用下的冲击应力峰值除第一次*大外,之后基本以拉压应力状态来回振动,而且振动应力在经过1-2个来回后立刻减小到100MPa以下。

(2)根据应变测试的结果,可计算出结构的*大应力和方向,各测点在不同工况下都满足防护罩用材料的设计强度要求。

(3)比较各测点主应力变化情况可得出:随着药量的增加,2号和1号位置的主应力增长幅度较大,其中2号位置的应力增长幅度*大,因此与其他点相比2号点*为薄弱,在实际生产中增加药量时应重点关注2号位置。

(4)根据5kg炸药不同药形下各测点应力的比较,分析不同药形情况下的应力变化情况可发现,根据药形的不同,3号和4号位置的应力变化明显不同,由此可推断出药形的不同对壳体不同部位的影响是不同的,因此在实际使用中必须引进形状系数的概念来指导生产。

结论

1. 土的堆压可削弱球壳振动,因此通过增加或减小土的质量来达到消除单次爆炸引起的疲劳问题,即通过调整覆土量达到单次爆炸球壳振动,经过1-2个来回后立即减小到材料的疲劳极限以下,就可以忽略单次爆炸引起的球壳的振动疲劳问题,只需考虑多次爆炸引起的疲劳。

2. 本次各工况中,除5kg药量的一个工况结果偏大外,其他都能满足模型的设计强度,因此这次试验可以为最终实体的设计提供依据。

3. 随着药量的增加,2号位置即球壳的排气孔附近应力增加最快,这是壳体最为薄弱的环节,应该通过增加筋板来解决这个问题。

4. 同一药量不同药形对结构不同位置的应力影响很大,因此炸药的形状系数也应引入到试验中,作为评定材料安全和指导生产的一条重要指标。


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