爆破阀是核电结构中的一项重要设备,其工作原理是当出现紧急事故时,可以开启来确保核电主体的安全。爆破阀的开阀过程是在短时间内发生的具有高度非线性的动力冲击和断裂过程。这个过程中,结构的部分材料会承受高应变率,而剪切盖所用材料Inconel 690合金的力学行为受应变率影响显著,不但不同应变率下具有不同的材料本构关系,而且高应变率下会出现明显的脆性失效行为。本文考虑了应变率效应的影响,研究了爆破阀开阀的动力学过程。活塞冲断剪切盖是爆破阀开阀的关键环节,这个过程中需要活塞拥有足够的冲击速度。本文利用LS-DYNA的显式动力学功能,分析活塞冲断剪切盖的过程,比较了不同活塞初始冲击速度的情况,得出活塞的临界冲击速度。为了准确模拟高应变率下活塞冲断剪切盖的过程,本文在几种高应变率材料本构方程的基础上,根据Zerilli-Armstrong模型拟合了Inconel 690材料的本构曲线,得出了其在更高应变率下的应力-应变关系。使用拟合后的材料曲线代入仿真模型进行计算,并与原模型进行了结果对比。通过研究剪切盖断面上的应变率分布,发现在活塞较高冲击速度下,使用拟合后的材料模型能够得到更准确的应变率结果。通过分析爆破阀开阀全过程发现,在给定的火药药量下,现有模型能够顺利实现阀门的开启。拉力螺栓的拉断过程比较干脆,剪切盖也能顺利被剪断。提取管路高应力区的应力情况,可知管路在开阀过程中不会发生塑性变形。并且,因为冲击过程中剪切盖断面附近出现了高应变率,在试验结果中这块区域发现了韧性断裂和脆性断裂共存的现象。通过分析剪切盖上的应变率分布,发现高应变率区域脆性断裂更为严重,证实了是由高应变率引发的韧脆转变行为。活塞冲断剪切盖后还有一定的剩余速度,需要采用缓冲装置来吸收。本文最后分析了不同缓冲管壁厚、数目和高度对缓冲结果的影响,给相关设计以参考。并且将数值模拟结果与工程样机的试验结果相对比,吻合度较好,说明了本文计算结果的准确性。