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爆炸容器是一种潜在危险的限域装置,它能限制爆炸冲击波和产物的作用范围,对试验人员和设备实现有效的近距离保护,方便对爆炸和爆轰过程进行观察和测试,因此被广泛地应用于国防军事、爆炸加工、危险物质储运和科学研究等领域。基于爆炸容器内部承受动力载荷,爆炸容器的安全性也就成为人们着重关心的问题。但到目前为止,对爆炸容器的动力学研究工作尚不充分,有待于进一步开展理论分析和实验研究工作。
本文在国家自然科学基金的支持下,对单层圆柱形爆炸容器在内部爆炸载荷的作用下壳体的动力响应进行了实验研究和数值模拟方面的研究,旨在通过分析爆炸容器的动力响应行为,为其他类似爆炸容器的设计研究提供参考,本文所完成的主要工作及相关结论有:
1.通过实验得到了容器爆心环面的应变历程。实验发现,爆心环面应变呈现出非严格一致的周期性消涨特征,但应变在第一个1/4周期内就得到了最大值,没有出现应变增长现象,而离开爆心环面筒体上其它点出现了应变增长现象。
2.利用非线性动力有限元计算软件对实验容器的模拟结果证明,采用这种数值模拟方法模拟容器的动力响应是十分准确的,实验得到的主要结果都能通过模拟结果反映出来。
3.对一定尺寸的椭圆封头圆柱形爆炸容器进行数值模拟时,分别考察法兰、封头以及阻尼对壳体动力响应的影响。模拟结果表明:实际结构中法兰对爆炸容器的动力响应有很大的影响,当法兰的质量超过一定值之后,容器爆心环面会产生应变增长现象。在容器的设计工作中要加强容器的爆心环面并适当地选择法兰和封头,同时增加系统的阻尼可以有效的改善容器的受力状况。