聚脲弹性体复合夹层结构的防爆性能

应用LS–DYNA有限元软件,对聚脲弹性体复合夹层结构在0.5 kg炸药(TNT)爆炸载荷作用下的动态响应过程进行数值模拟。研究了复合夹层结构厚度和质量固定条件下聚脲弹性体夹层厚度对复合夹层结构抗爆性能的影响。分析了不同聚脲弹性体夹层厚度对复合夹层结构变形的影响,并分析了聚脲弹性体夹层的吸波和吸能特性。结果表明,在爆炸载荷作用下,当复合夹层结构总厚度固定时,随着聚脲弹性体夹层厚度的减小,复合夹层结构的抗爆性能先增大后减小,当钢板与聚脲弹性体夹层厚度比为1.4∶1.2∶1.4时,变形的整体性最好,其抗爆的潜力最大,其冲击波衰减率最大为85.6%,能量吸收效果也最好,其综合抗爆能力较好;在质量固定条件下,随着聚脲弹性体夹层厚度的增加,其抗爆能力先增大后减小,当钢板与聚脲弹性体夹层厚度比为0.903∶3.5∶0.903时,其变形和能量吸收效果最好,冲击波衰减率最大为81.87%,其综合抗爆能力较好。     

喷涂聚脲弹性体及复合结构抗爆抗冲击性能研究进展

防护结构的抗爆抗冲击性能是生命安全的重要保障，材料和结构是提高防护性能的2种主要途径。喷涂聚脲弹性体凭借良好的力学性能和耗能特性被广泛运用于抗爆抗冲击防护领域。从喷涂聚脲弹性体的抗冲击性能出发，介绍了不同试验方法下喷涂聚脲弹性体优异的爆炸冲击防护性能，分析喷涂聚脲弹性体在不同应变率和环境下良好的适应性，发现涂层厚度和涂层构造会对材料抗冲击性能产生影响；从材料微观层面以及阻抗失配的角度综述了喷涂聚脲弹性体的抗冲击机理，最后阐述了抗冲击复合结构的耗能机理以及优化方法，指出了喷涂聚脲弹性体以及复合结构尚存在的部分问题以及发展方向。     

聚脲弹性体“三明治”夹层结构抗爆性能

聚脲弹性体具有良好的力学性能,为研究聚脲作为夹层时靶板的抗爆性能,运用数值模拟对该靶板在爆炸载荷作用下的动态响应过程进行研究,与裸钢板和表面喷涂聚脲弹性体钢板进行对比,主要分析了靶板的变形特点、吸能特性以及对冲击波的衰减;并分析了三明治靶板的面板、夹层、背板厚度变化时对靶板抗爆性能的影响,结果表明,聚脲弹性体能够提高钢板的抗爆性能,作为夹层时抗爆能力更佳;当聚脲夹层厚度为0,2,14,30 mm时,靶板的背压分别为81.78,46.37,7.58,2.28 MPa。三明治夹层结构的面板和背板需要有一定的强度来抵抗变形。     

喷涂型抗爆聚脲高应变率力学性能及其涂层钢板爆炸模拟研究

为研究爆炸冲击荷载作用下喷涂型抗爆聚脲 MS-1对钢板的防护性能,对 MS-1进行了高速拉伸实验,研究了其在高应变率下的力学性能;运用 ANSYS/LS-DYNA有限元软件对 MS-1涂层钢板进行接触式爆炸模拟实验,获得小当量 TNT炸药作用下钢板的宏观破坏模式、位移变形和涂层能量传递规律;根据数值模拟的结果分析了 MS-1涂层对钢板的抗爆耗能机理。结果表明： MS-1具有良好的应变率效应,随应变率的提高其自身的力学性能也不断增强;相较于空白钢板,背爆面喷涂 MS-1涂层的钢板破坏程度减弱, 2 mm、4 mm和 8 mm涂层钢板中心点最大位移分别降低 14. 34%、 47. 01%和 49. 4%,MS-1涂层可以高效地将爆炸冲击能量转化为涂层自身的内能和动能,通过自身拉伸变形进行吸能和耗能。     

铝板——环氧树脂夹层结构抗爆性能数值模拟研究

运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在相同的爆炸冲击波作用下,对掩蔽物上方铝板和含环氧树脂夹层的普通铝板两种防护结构的抗爆性能进行了数值模拟和对比分析,结果表明:有环氧树脂夹层的铝板结构的抗爆性能要优于无环氧树脂夹层的铝板,且抗爆性能随着环氧树脂夹层厚度的增加呈现出先增大后减小的趋势,为防护结构的研制提供了一定的参考。     

聚脲涂层对储油罐耐冲击性影响的研究

为避免储油罐发生意外碰撞造成巨大损失，考察了新型聚脲防护涂层对油罐车储油罐破坏变形的防护作用。通过储油罐耐冲击实验，分析了不同涂覆方式对聚脲复合涂层耐冲击性的影响，最后通过 LS-DYNA有限元模拟进行验证。结果表明：相比无涂层防护，聚脲涂层对储油罐具有良好的耐冲击防护效果，涂覆聚脲试样比无涂层试样最大变形位移减少了 18. 3 mm。在相同涂层厚度情况下， 2 mm Q190m和 2 mm Q413m聚脲复合涂层耐冲击效果最优，适合作为储油罐的防护涂层。     

铝氧比对DNTF/AP/Al炸药水下能量输出结构的影响

通过水下爆炸实验测定了不同铝氧比炸药的水下爆炸参数和能量参数,分析了铝氧比对该炸药体系冲击波峰值压力、比冲击波能、比气泡能以及能量输出结构的影响,拟合了铝氧比与能量输出结构的关系。结果表明,随着铝氧比的增加,炸药的峰值超压逐渐减小,比冲击波能先增大后减小,铝氧比约为0.3时达最大,比气泡能和气泡脉动周期均一直增大;比冲击波能所占总能量的比例减小,比气泡能比例先增加后减小;控制铝氧比为0.6左右时,炸药的能量利用率最高。     

高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波特性

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律;建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压;海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%;随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%;随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%;不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似;高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。     

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验.从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响.结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小.     

涂覆泡沫混凝土墙体的抗爆防护性能研究

泡沫混凝土是一种新型建筑节能材料,可涂覆于墙体外,在抗爆防护领域内有着极大的使用价值。为了研究涂覆泡沫混凝土在不同炸高下的防护效果,以300mm×300mm×20mm的泡沫混凝土板为研究对象,利用LS-DYNA有限元仿真软件,进行了炸高在80mm～240mm的工况下的数值仿真计算,开展了对涂覆泡沫混凝土抗爆防护能力的研究,分析了涂覆泡沫混凝土不同炸高下的抗爆防护的能力,并进行了静爆威力试验验证。验证结果表明:泡沫混凝土结构可显著地吸收爆炸冲击波的能量。随着炸高的增加,泡沫混凝土结构的抗爆能力有所上升。     

聚脲弹性体/纤维增强树脂基复合材料抗冲击性能研究

玻璃纤维增强树脂基复合材料在使用过程中极易受到外力冲击,造成复合材料结构破坏,严重威胁其安全使用寿命。研究了聚脲弹性体涂层对玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料抗冲击性能的影响。通过简支梁摆锤冲击试验和光学显微镜对前涂覆(FCGF)、后涂覆(BCGF)及未涂覆(NCGF)试样进行对比测试。研究结果表明,聚脲弹性体涂层的弹性形变和断裂破坏能够大幅增加冲击能耗,提高整体的冲击强度。当试样聚脲涂层厚度相同时,前涂覆(FCGF)试样聚脲弹性体冲击后并未完全断裂,主要依靠弹性形变吸收冲击能量,起缓冲减震作用;后涂覆(BCGF)试样聚脲弹性体发生断裂破坏能够消耗更多的冲击能量,其整体结构破坏最小,冲击强度更高。     

Al/AP对RDX基复合炸药水中爆炸参数的影响

以RDX为主炸药,通过添加不同含量的Al粉和AP制成6种RDX基复合炸药,采用水中爆炸实验研究,从冲击波参数和气泡参数等方面分析了Al粉和AP对复合炸药水中爆炸性能的影响。结果表明,主炸药含量不变时,随着Al与AP摩尔比的增大,冲击波峰值压力、时间常数、冲量和能流密度都逐渐减小,气泡周期、气泡能和最大气泡半径先增大后减小,当Al与AP的摩尔比为3.8左右时,达到最大值。     

接触爆炸作用下抗爆型喷涂聚脲防护钢筋混凝土板爆炸试验和数值模拟

为研究接触爆炸荷载作用下Qtech T26抗爆型喷涂聚脲(T26聚脲)防护钢筋混凝土板(RC板)的抗爆性能和损伤机制,对有无T26聚脲防护RC板进行爆炸试验,通过扫描电子显微镜(SEM)对T26聚脲防护RC板的典型损伤区域进行微观分析。基于T26聚脲力学性能及爆炸试验建立有限元模型进行数值模拟,并与试验结果进行对比。研究结果表明：T26聚脲与RC板界面附着较好,可以抵抗界面拉伸波的作用,并实现对RC板损伤和变形的抑制;RC板在大当量爆炸荷载作用下的损伤以冲切破坏为主,T26聚脲宏观及微观损伤特点均表明背爆面变形起始位置为RC板冲切变形边缘区域,且会由于应变率效应发生脆性开裂;结合有限元模拟与爆炸试验,T26聚脲可以提高RC板的抗爆性能,并通过材料的高强、高韧、高阻尼特性实现10 kg TNT接触爆炸作用零破片的防护目标,在爆炸防护领域具有重要工程应用价值。     

CO_2-双流体细水雾抑制管道甲烷爆炸实验

搭建了尺寸为120 mm×120 mm×840 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,采用双流体喷嘴将二氧化碳和细水雾送入实验系统,从火焰速度、瓦斯爆炸超压两个方面探讨双流体细水雾的抑爆有效性。实验结果表明CO2双流体细水雾抑制瓦斯爆炸效果显著。随着喷雾时间的延长,火焰传播速度呈缓慢增加趋势,火焰传播速度峰值大幅降低;爆炸超压曲线呈先增大后缓慢减小的趋势,超压峰值大幅降低;当CO2压力增至0.4 MPa喷雾时间大于3 s时,经多次点火无法引爆,说明CO2-双流体细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应,有利于提高细水雾的抑爆效率。     

碳化硅涂层防刺织物的制备及防刺性能的研究

为了提高芳纶无纬布的防刺性能,采用碳化硅表面涂覆的方式制备防刺涂层织物。选择碳化硅粉体粒径、质量比和搅拌温度设计三因素四水平的正交试验,确定了最佳的碳化硅分散液的制备工艺——碳化硅粉体粒径为30μm、m_sic∶m_水∶m_乙二醇为2∶1∶1、搅拌温度为35℃。对涂层织物进行准静态和动态穿刺试验,探究碳化硅粉体粒径、涂层厚度和涂层结构对涂层织物防刺性能的影响,结果表明：防刺性能随着碳化硅粉体粒径和涂层厚度的增加呈现先增大后减小趋势;当碳化硅粒径为30μm、涂层厚度为75μm时,织物单位克重刺破强力达到最大值503 N/g,相较于未涂覆涂层织物提高了302%;面密度都为8.1 kg/m2的18层碳化硅涂层织物结构和16层芳纶无纬布+9层碳化硅涂层织物结构均可实现有效防刺,较未涂覆结构面密度降低了10%。     

壳体约束强度对温压炸药空中爆炸性能的影响

为评估壳体约束强度对温压炸药爆炸性能的影响,对不同壳体约束强度下的固体温压炸药进行野外静爆试验,用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,相同装药条件下,裸装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值大于带壳装药;铝壳体装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值较钢壳体装药高;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值及冲量与试验结果吻合较好,且裸装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较带壳装药早,铝壳体装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较钢壳体早;初始冲击波超压值受壳厚影响较大,壳体的存在使冲击波的传播滞后。     

聚脲基体复合材料抗爆耐冲击性能研究进展

随着聚脲基体复合材料在结构防护领域的大量应用,其抗爆耐冲击性能获得广泛研究。本文基于聚脲基体复合材料在结构防护领域的研究现状,介绍了聚脲材料作为高聚物弹性体的抗爆性能,综述了聚脲-纤维复合材料的研究进展,阐述了聚脲材料抗冲击性能机理。指出聚脲作为高聚物弹性体对防护结构具有较好的抗冲击防护效果,可与纤维组成高强度、高弹性模量和可吸收爆炸冲击能量的复合材料,在防护结构抗爆炸毁伤领域具有可观前景。     

聚脲涂层防爆罐抗爆性能研究

运用 ANSYS/LS-DYNA有限元软件对无涂层防爆罐、涂覆黏弹性阻尼涂层（ Q413m）的防爆罐及涂覆聚脲涂层（ MS-1）的防爆罐进行了小当量三硝基甲苯（ TNT）下的爆炸数值模拟,分析了 Q413m及 MS-1涂层对罐体变形的防护效果及能量的影响,并探讨了上述涂层的耗能机理。结果表明：相较于无涂层防爆罐,涂覆 Q413m防爆罐及涂覆 MS-1防爆罐的最大径向位移较小,破坏程度较低,涂覆 Q413m防爆罐和涂覆 MS-1防爆罐的内能及动能均有所降低。此外,无涂层防爆罐、涂覆 Q413m防爆罐及涂覆 MS-1防爆罐的动能转化率分别为 92. 1%、90. 3%、89. 6%,涂层通过吸收和耗散能量提高结构的抗爆能力。     

圆柱形薄壁储罐对爆炸冲击波动力学响应的模拟分析

针对圆柱形薄壁储罐在爆炸冲击波载荷作用下的动力学响应进行了模拟分析。采用LS-DYNA软件模拟计算了50 m³液化石油气储罐爆炸后冲击波云图以及空间点冲击波超压随时间的变化关系,并将计算结果加载到圆柱形薄壁储罐上。模拟计算结果表明,对于距离爆炸中心50 m处的圆柱形薄壁储罐,面向冲击载荷的底面在冲击波超压峰值还没有来临时就已经屈服,而背向冲击载荷的顶面在0.112 ms时,等效应力达到屈服界限。而迎向冲击面的顶端结构在峰值载荷冲击后不久出现屈曲,结构在峰值位移10 mm时出现部分卸载,变得不再稳定。因此,当罐区发生爆炸时,圆柱形薄壁储罐极有可能出现结构强度失效和结构失稳,会在冲击波的作用下失效,是不可靠的。     

铝板‐‐环氧树脂夹层结构本构模型研究

运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在相同的爆炸冲击波作用下,对掩蔽物上方含环氧树脂夹层铝板防护结构的抗爆性能进行了数值模拟,通过模拟结果,建立不同环氧树脂夹层厚度的复合结构的本构模型,为防护结构的工程实践提供了一定的参考。