新型危险品防爆运输箱设计及抗爆试验研究

分析和研究了目前装备使用的危险品防爆运输箱所存在的问题;采用层状复合工艺,制备了UHM-WPE-PUF复合材料,运用所设计的UHMWPE-PUF复合材料,设计和制作了一种新型危险品防爆运输箱,并进行了爆炸破坏性试验。研究表明:UHMWPE-PUF复合材料可以充分发挥UHMWPE材料的高强度、高模量特点以及PUF材料较高的吸能特性,运用该复合材料所制作的新型危险品防爆运输箱具有质量小、抗爆能力强等特点,适用于危险品的运输储存。     

UHMWPE纤维增强聚氨酯泡沫对爆炸冲击波衰减性能的影响

运用实验的方法,研究了超高分子量聚乙烯纤维增强聚氨酯泡沫对爆炸冲击波的衰减性能;观察分析了爆炸荷载前后材料的微观结构形态,分析了材料对爆炸冲击波的衰减机理,对实验结果给出了合理的解释。研究表明,UHMWPE纤维高强、高模正好弥补了聚氨酯泡沫塑料的缺陷,以UHMWPE纤维作增强剂制备而成的增强聚氨酯泡沫塑料,能极大地提高材料对爆炸冲击波的衰减性能,在冲击波防护领域有很好的应用前景;同时,纤维长度对材料的衰减爆炸冲击波性能有较大的影响。     

空气和聚氨酯泡沫材料隔爆试验研究

在简要总结聚氨酯泡沫材料隔爆性能的基础上,介绍了硬质聚氨酯泡沫材料对冲击波的衰减规律.在空气和硬质聚氨酯泡沫材料的共同作用下,首先聚氨酯材料对冲击波进行衰减,穿过聚氨酯后空气介质又对冲击波进行二次衰减,冲击波的衰减就要复杂一些.对TNT和8701炸药(聚黑-2)采用升降法进行殉爆试验,在对试验定性分析的基础上,近似得出了空气和聚氨酯材料共同作用下的隔爆距离,以及当试验为临界条件时,紫铜药型罩对隔爆距离有较大的影响的结论.     

玻璃纤维/玻璃微珠混杂增强聚氨酯泡沫铝压缩性能研究

通过实验制备了泡沫铝、聚氨酯泡沫铝(PUF泡沫铝)和增强PUF泡沫铝试件,并对它们的压缩性能进行了研究。结果表明,增强PUF泡沫铝尤其是混杂增强PUF泡沫铝的压缩性能优于纯泡沫铝和PUF泡沫铝,且当玻璃纤维含量为4.5%(质量分数)、玻璃微珠含量为1.5%(质量分数)时,混杂增强PUF泡沫铝复合材料的增强效果最好,可作为一种缓冲性能很好的防护材料。     

剪切增稠胶/超高分子量聚乙烯复合材料低速冲击性能研究

剪切增稠胶(STG)是一种新型功能材料,通过流变测试研究了STG的稳态流变性能及其剪切增稠的作用方式。将STG与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物复合制备了STG/UHMWPE复合材料,利用扫描电子显微镜对复合前后材料的形貌进行分析,并研究了复合材料的低速冲击性能。结果表明:加入STG后,STG/UHMWPE复合材料的剩余冲击载荷可减少50%;在不同冲击速度条件下,复合材料能量吸收系数均超过80%。STG具有优异的力学性能,通过与UHMWPE织物复合可显著提高复合材料的抗冲击性能。     

植物秸秆隔爆性能研究

植物秸秆是农作物的副产物。由植物秸秆为原料的减振材料制造工艺简单，生产效率高，综合成本低，减振缓冲性能好。通过爆炸实验对爆炸冲击波在植物秸秆材料前后压力分布进行了测试，并采用数值方法计算了冲击波与植物秸秆相互作用的过程，实验和数值计算结果都证明植物秸秆是良好的隔爆缓冲材料。     

2D、3D织物结构对STF/UHMWPE复合材料高速冲击性能影响的研究

为了探究2D、3D织物结构对剪切增稠液体(STF)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料高速冲击性能的影响,分别使用2D UHMWPE织物和3D UHMWPE织物与STF复合,制备STF/UHMWPE复合材料,再分别与UD布结合制备3组靶样。A组为纯UD布靶样;B组为UD布STF/UHMWPE(2D)复合材料靶样;C组为UD布STF/UHMWPE(3D)复合材料靶样,并对3组靶样进行高速冲击实验。实验结果表明:STF/UHMWPE(2D)复合材料在高速冲击实验中性能更好,复合材料在径向上吸收能量的能力强于纵向。     

多层介质阻抗匹配对隔爆效果的影响

为了有效提升隔爆结构衰减爆炸冲击波的性能,将45#钢、铝和有机玻璃进行不同组合,设计了顺序波阻抗梯度、逆序波阻抗梯度以及硬软硬三种多层隔爆结构。利用锰铜压阻传感器测压实验和数值计算对多层介质阻抗匹配特性对隔爆效果的影响进行了研究,获得了多层介质的不同组合引起的冲击波在传播过程中各层介质压力,理论分析、数值计算与实验结果吻合较好,并分析了第三层介质能量与冲量的变化规律。从不同方面得到的结果表明:逆序波阻抗梯度的输出冲击波压力最小,其第三层的能量与冲量最小,隔爆效果最佳。     

碳化硅-超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料复合装甲板的抗穿甲弹侵彻性能及其损伤机制

以碳化硅陶瓷(SiC)作为面板材料,超高分子量聚乙烯纤维增强水性聚氨酯树脂基复合材料层压板(UHMWPE/WPU)作为背板材料,通过真空袋膜压工艺制备SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板。基于弹道冲击试验研究复合装甲板的结构参数对其抗穿甲弹侵彻性能的影响,采用X射线计算机断层扫描(X-ray computed tomography,CT)技术,研究复合装甲板在53式7.62 mm穿甲弹以弹速为(808(-8)⁺⁷)m/s进行多发弹道侵彻下的损伤模式。研究结果表明：SiC-UHMWPE/WPU复合装甲板的抗多发弹道侵彻能力随着UHMWPE/WPU厚度或SiC厚度的降低而逐渐下降,10 mm厚SiC+13 mm厚UHMWPE/WPU是试验中抗53式7.62 mm穿甲弹多发弹道侵彻的最佳工程应用结构;UHMWPE/WPU面密度的减少不仅影响UHMWPE/WPU的防护效率,其还通过降低对陶瓷面板的支撑作用,间接影响陶瓷的防护效率;弹道侵彻后的复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、SiC与UHMWPE/WPU的界面破坏及UHMWPE/WPU的绝热剪切破坏、拉伸变形和分层破坏...     

EPS缓冲材料衰减水下爆炸能量的实验研究

为了研究缓冲材料EPS对水下爆炸能量的衰减作用,在爆炸水池内起爆有EPS包裹的雷管,采用压力传感器测量水下固定爆心距点爆炸冲击波,采用振动传感器测量实验水池近地面固定点振动。结果表明：EPS缓冲柱体半径按梯度增大,压力测点冲击波超压、比冲击波能以及振动测点竖直方向振动速度都衰减显著;在缓冲柱体半径R≥80 mm时,水下爆炸脉动波弱化或消失;增加EPS缓冲材料的密度,可有效衰减压力测点爆炸能量,但对振动测点速度衰减影响较小;压力测点爆心距增加,测得爆炸能量减小,但能量衰减率不一定因有EPS材料缓冲而提升。导出式(1)可根据实际防设点的爆心距和药包半径来近似设计水下爆炸EPS缓冲材料厚度和密度。     

混杂增强聚氨酯复合硬泡塑料的物理及力学性能

研究纤维与颗粒混杂增强聚氨酯复合硬泡塑料的物理及力学性能,着重分析增强剂SiO₂颗粒和玻璃纤维含量以及纤维长度对其性能的影响。结果表明,SiO₂含量为20 wt％,玻璃纤维含量为7.8 wt％时,试样的拉伸强度达到最佳值。此外,还比较了玻璃纤维、尼龙66纤维和PAN基碳纤维的增强效果。结果表明,3 wt%~5 wt％含量碳纤维增强的聚氨酯复合硬泡塑料拉伸强度最佳。     

基于AUTODYN的复合防护结构数值模拟

为了更好地保护小当量爆炸物处理人员的安全,提出了一种由胶体、聚氨酯、泡沫铝和凯夫拉4种材料构成的圆柱形复合防护结构。对100 g TNT爆炸物选择模型比例为1:1,利用AUTODYN软件建立二维仿真模型,采用2D-Euler算法数值模拟此防护结构对爆炸冲击波的减弱效果，并进行分析研究。研究得出:复合防护结构能很好地降低冲击波超压峰值，从而间接地增强人体对超压的忍受度,保证一定范围内人员的生命安全。该防护结构具有便携性、机动性及对爆炸冲击波的高效衰减性,正好适用于轻量、便携及有效防护的应用背景,对相关防护结构的研究设计起到很好的参考作用。     

包覆泡沫铝钢梁动态位移的计算及影响因素

为考察运用FSI(流固耦合效应)能否考虑包覆泡沫铝对钢梁在爆炸荷载作用下最大动位移的影响及分析包覆泡沫铝衰减爆炸荷载作用下钢梁最大动位移的影响因素,运用理论及数值模拟方法分析了包覆泡沫铝钢梁在爆炸荷载作用下的动态位移变化情况。在验证理论及数值模拟结果可靠的基础上,对比理论结果与数值模拟计算结果的优缺点,并运用数值模拟分析影响包覆泡沫铝衰减钢梁在爆炸荷载作用下动位移的因素。结果表明:FSI可以考虑包覆材料对爆炸冲击波的衰减作用,但不能反映材料本身变化的影响(如材料厚度、屈服强度等);在计算包覆泡沫铝衰减爆炸荷载作用下钢梁最大动位移时,泡沫铝的厚度、屈服强度均具有最优解;增加刚性面板会放大包覆泡沫铝钢梁在爆炸荷载作用下的最大动位移。     

纳米微球增强聚氨酯泡沫的制备及抗冲击应用

目的获得基于纳米颗粒增强的冲击吸能材料。方法基于剪切增稠液体技术,将纳米微球分散于多元醇基体中,制备中低密度的软质聚氨酯泡沫材料,利用SEM、SHPB、落锤冲击和爆炸冲击波试验分析材料的结构、冲击吸能特性和冲击波衰减特性。结果纳米微球增强聚氨酯泡沫材料具有优异的冲击吸能特性和冲击波衰减能力。结论纳米微球增强聚氨酯泡沫材料可以应用于护具装备、缓冲包装和冲击波防护领域。     

Preparation and characterization of conductive carbon nanotube-polyurethane foam composites

Electrical, thermal, and morphological properties of the polyurethane foam (PUF)/multiwall carbon nanotube (MWCNT) composites were investigated with the MWCNT content. Electrical conductivity of the PUF/MWCNT composites increased rapidly from 0 to 0.23 S/cm at 0.1 php MWCNT content, then, the electrical conductivity did not change significantly with the increase of MWCNT content up to 0.5 phr because of the aggregation of the MWCNT when the amount of MWCNT was large (0.5 php). The PUF/MWCNT composite having low MWCNT contents (0.01, 0.05, and 0.1 php) showed lower thermal conductivity than that of the PUF/MWCNT composite having higher content (0.5 php). This is maybe due to that the PUF with the lower MWCNT contents (0.01, 0.05, and 0.1 php) showed smaller cell size than that of the PUF with the higher content of MWCNT (0.5 php). From the results of thermal conductivity and cell size of the PUF/MWCNT composites, it is suggested that reduction in cell size of the composite affects lowering the thermal conductivity of the PUF/MWCNT composites. Also, small amount (0.01, 0.05, and 0.1 php) of MWCNT may contribute to decrease the thermal conductivity of the PUF/MWCNT composites.     

泡沫铝夹层结构复合材料低速冲击性能

以泡沫铝为夹芯材料,玄武岩纤维(BF)和超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合材料为面板,制备夹层结构复合材料。研究纤维类型、铺层结构和芯材厚度对泡沫铝夹层结构复合材料冲击性能和损伤模式的影响规律,并与铝蜂窝夹层结构复合材料性能进行对比分析。结果表明:BF/泡沫铝夹层结构比UHMWPE/泡沫铝夹层结构具有更大的冲击破坏载荷,但冲击位移和吸收能量较小。BF和UHMWPE两种纤维的分层混杂设计比叠加混杂具有更高的冲击破坏载荷和吸收能量。随着泡沫铝厚度的增加,夹层结构复合材料的冲击破坏载荷降低,破坏吸收能量增大。泡沫铝夹层结构比铝蜂窝夹层结构具有更高的冲击破坏载荷,但冲击破坏吸收能量较小;泡沫铝芯材以冲击部位的碎裂为主要失效形式,铝蜂窝芯材整体压缩破坏明显。     

泡沫铝衰减一维应力波特性研究

为了解泡沫铝衰减一维应力波特性,完善泡沫铝动力性能的理论体系。首先运用一维应力波理论及泡沫铝的力学特性,对应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波性能等问题进行了理论分析。然后基于SHPB(霍普金森压杆)技术,运用LS-DYNA对一维应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波特性进行了数值模拟研究。理论与数值模拟结果均表明:在应力波的传播路径上增加泡沫铝,应力波通过泡沫铝后,其应力幅值、波长、及应力幅值作用时间均发生明显的变化;在该条件下,增加5 mm厚的泡沫铝,一维应力波经过泡沫铝后,可以衰减掉未增加泡沫铝时应力幅值的39.9%,应力波由原来的矩形波变成三角形波,波长与持续时间也显著减小。同时,厚度对泡沫铝衰减应力波幅值具有较为明显的影响,相同能量的应力波通过泡沫铝材料厚度越厚,则应力波幅值衰减越明显;由此可知,泡沫铝用于防护冲击与爆炸荷载的缓冲吸能材料方面具有非常好的应用潜力。