柱形容器设计与爆炸载荷测试

在爆炸容器应用领域,爆炸载荷特征对容器的结构响应具有重要影响,是安全评估和工程设计的基础。因此获得比较准确、可靠的爆炸容器壁作用载荷分布情况具有重要的价值。本文设计了一台柱形爆炸容器以及用于测量爆炸载荷的应变式压杆压力传感器,进行了比例距离在0.1～0.2 m/kg1/3时容器内壁爆炸载荷的实验测试。结果表明:设计的柱形爆炸容器合理、安全;设计的应变式压杆压力传感器用于爆炸载荷测试是准确、可靠的。     

扁平绕带压力容器内爆炸动力响应数值模拟

运用ANSYS／LS—DYNA非线性显示动力学有限元软件,采用流固耦合方法,对10°,15°,20°倾角的扁平绕带压力容器在内部中心处爆炸作用下的动力响应进行了数值模拟。分析了缠绕倾角对容器的抗爆性能的影响和装药形状对容器爆炸作用产生的影响。结果表明：缠绕倾角越小,容器的抗爆特性越好;同等重量下,球形装药在爆心处产生的冲击载荷要比柱形装药产生的小,并且产生的爆炸作用更加均匀。     

柱形爆炸容器动力学响应的有限元模拟与实验检验

应用ANSYS／LS—DYNA非线性有限元程序,对爆炸容器爆心截面部位的环向应变进行了数值模拟。为检验模拟结果,进行了相应当量的化爆实验。分析应变波形发现,两种方法所得峰值应变相近,且峰值到达时间基本一致。由于实际容器的结构响应有多种振型参与,使得试验波形比模拟波形复杂。应用有限元模拟法可研究爆炸容器动态响应的基本特征,在设计和研究爆炸容器时应用该方法成本低、效率高。     

内部爆炸加载条件下圆柱钢壳的动态断裂

在内部爆炸冲击波载荷作用下,爆炸容器的动态断裂是进行爆炸容器安全评估和失效分析的基础。为了研究爆炸容器的动态断裂特征,进行圆柱钢壳在中心装药的爆炸加载实验,采用非线性动力有限元分析程序LS-DYNA分析圆柱钢壳的弹塑性动力响应,研究圆柱钢壳的宏观变形和断口的宏观、细观形貌,分析圆柱钢壳的断裂模式及断裂机理。结果表明,圆柱钢壳纵向断口具有微孔聚集型剪切韧窝断裂特征,呈现出微孔聚集型剪切韧性断裂模式。内部爆炸冲击波加载下圆柱钢壳因径向膨胀发生动态塑性变形,产生剪切带,由于剪切带的软化效应而成为优先断裂通道,剪切带和环向拉应力的共同作用是形成微孔聚集型剪切韧窝断裂这种混合韧性断裂模式的原因。     

工业CT检测中弹壁厚度对装药均匀性测量结果的影响

利用工业CT技术检测弹体轴向装药均匀性以及弹壁厚度变化对测量结果的影响, 对比了同一模拟装药样件装配在不同壁厚的模拟弹体内时CT相对密度测试结果的差异, 并分析了弹壁厚度对装药CT相对密度值的影响. 结果表明, 对于弹体外径约100 mm、 内径约90 mm的样品, 弹壁厚度每增加1 mm, 同一装填材料的CT值数据随之增加约1%左右. 因此, 为检测弹体轴向(即上段、中段、下段)装药密度均匀性, 在工业CT设备穿透能力范围内, 不用测出装药的绝对密度, 只需检测上、中、下各个部位的装药CT值, 并减除弹壁厚度变化量对CT值产生的影响量, 通过比较上、中、下各个部位装药最终的CT值就可获得弹体轴向装药的密度均匀性.     

全海深沉积物保压容器结构多目标优化设计

以全海深沉积物保压容器为研究对象,应用响应面法(RSM)和有限元分析方法开展保压容器几何结构设计参数多目标优化设计研究。首先,根据全海深沉积物保压容器的保压容积和保压性能要求,开展保压容器几何结构参数的初步设计,并利用三维软件Solidworks建立保压容器的三维几何模型。然后,以保压容器内径D1、壁厚δ1、底部厚度δ2为设计变量,以保压容器总容积以及给定安全系数下的材料强度为约束条件,以保压容器最大应力值和重量为优化目标,构建保压容器内径、壁厚和底部厚度与保压容器最大应力及重量的响应面模型。最后,对保压容器的各几何结构参数进行多目标优化设计。结果表明:保压容器的重量减少了4.79%,保压容器最大应力减少了1.07%。     

5kg TNT当量爆炸容器的研制

介绍了爆炸容器的设计方法 ,用此方法设计了一台 5kgTNT当量爆炸容器并对该容器进行了动态测试 ,测试结果表明 :该容器设计合理 ,工作安全、可靠     

爆炸容器动态径向变形非接触测量技术

基于激光多普勒效应的动态测量技术具有精度高、信噪比高、动态响应快、线性好、量程范围大和非接触等优点.为获得爆炸容器径向变形参数,设计非接触激光多普勒纵向位移测量系统.采用外差式光路结构,实现被测目标运动方向的辨别,提高抗干扰能力;利用高斯光束理论和束腰特性优化光路结构,使高斯光束束腰聚焦在爆炸容器被测表面上,实现最小聚焦光斑,提高光信号的强度和信噪比;根据爆炸容器径向变形的特点,研究相应的数字滤波和频谱分析方法,实现高速变化位移的动态测量.系统的位移测量范围为-30 mm～+30 mm,速度变化范围为-10 m/s～+20 m/s,测量距离为4.5 m.爆炸容器在内部爆炸载荷作用下的径向变形测试结果表明测试系统性能是可靠的.     

快开门式压力容器余压开门爆炸危害研究

在数值分析研究压力、容积等对爆炸危害影响的基础上,搭建了快开门式压力容器爆炸危害测试平台,试验研究了两种容积的立式快开门容器带压开门时的爆炸后果。研究结果表明:容器内压力、容积对快开门的爆炸能量呈线性影响;容积和压力的乘积(P0V值)与爆炸能量无直接影响关系;快开门容器开门时所允许的最高余压与容器结构有关。     

滚珠丝杠式惯容器非线性建模与参数辨识

针对滚珠丝杠式惯容器存在的非线性力学特征,首先,分析了滚珠丝杠式惯容器的工作原理,对惯容器的主要部件进行了非线性力学分析,建立了考虑摩擦、间隙以及丝杠弹性力的惯容器非线性力学模型;然后,在数控液压伺服激振试验台上进行了惯容器的力学性能试验,得到了惯容器在不同惯容系数以及不同激振输入下的力学响应特性;最后,根据试验结果分析了摩擦和间隙对惯容器力学性能的影响,得到了便于参数辨识的惯容器力学模型结构,实现了惯容器输出力仿真与试验结果的分析和对比。结果显示,二者在一个周期内的均方根值误差不超过7%,非线性模型呈现出良好的拟合精度,证明了所述方法的可行性和有效性。     

80gTNT当量爆炸容器的研制

以现行的压力容器国家和行业标准为依据,结合爆炸强动态载荷瞬间作用的特殊性,运用动力系数法设计了一个可以重复使用的柱形爆炸容器。实验结果证明,该容器设计合理,工作安全可靠。     

数字化挤压梯度砂型性能及补压距离研究

作为一种新的无模铸造成形工艺,挤压切削一体化成形技术突破常规铸型制造方法,给梯度砂型的制备提供了新思路。在梯度砂型成形过程中,对砂型型面层的补压会引起其强度、透气性能及型面层厚度的变化,进而影响铸件性能。针对该问题,从强度、透气性和切削力等方面对不同型腔深度的梯度砂型型面层进行了研究。结果发现,对于相同型腔深度砂型,补压位移对砂型型面层性能影响很大,当补压位移在2～12 mm范围内时,补压位移越大,则砂型型面层强度越高,透气性越小,切削力越大。综合考虑砂型型面层透气性、强度和切削力,得到了不同型腔深度砂型的最优补压距离,并通过ZL114A铝合金浇注试验验证了梯度砂型的优越性。     

基于API579—1／ASMEFFS-1的爆炸容器FAD评定方法

提出了爆炸容器FAD全过程评定方法,建立了含穿透裂纹的圆柱形爆炸容器计算模型,分析了其在三角波载荷作用下的动力响应,利用虚裂纹闭合技术计算了应力强度因子的动力响应特性,结果表明：爆炸容器的FAD评定方法可以有效区分冲量相同而峰值不同的冲击载荷的影响,峰值越大,载荷作用时间越短,容器评定结果越危险;采用传统等效静载荷法进行工程设计,具有较大的安全裕度;同时发现,FAD评定能有效地识别尺寸效应的后果,因此该方法对动载荷下的容器评定尤为有效。     

不同因素对扁平绕带爆炸容器抗爆性能的影响

运用ANSYS／LS—DYNA非线性显示动力学有限元软件,采用流固耦合方法,对15°倾角的扁平绕带爆炸容器在承受内部中心点爆炸的冲击载荷作用的动力响应进行了数值分析。计算给出了容器最外层绕带的爆心对应处径向变形曲线,并与试验数据进行了比较;重点分析了应变率效应、摩擦和轴向长度对绕带容器抗爆性能的影响。计算结果表明：应变率效应使绕带材料的屈服极限有大幅度提高,最外层绕带的等效塑性应变减少了54％;绕带层间的摩擦作用使绕带容器的明显变形区域有显著减少,最大变形为未考虑摩擦时的83．4％;轴向长度的变化,在一定程度上降低了绕带容器的抗爆性能。     

蓄能器(无缝钢瓶)爆炸事故的失效分析

通过对发生爆炸的蓄能器材料35CrMoA的分析，确定蓄能器的爆炸不是由材质不合格引起，采用能量计算法得到蓄能器爆炸时的压力高达2470MPa，说明单纯的由压缩气体超压导致的物理爆炸不可能产生如此高的压力，结合爆炸现场的燃烧痕迹以及事故后对钢瓶内残余气体的分析结果，认为爆炸事故是因氮气瓶误装了氧气，从而在工作过程中发生了化学爆炸而引起。     

Experimental-theoretical correlation on the containment of explosions in closed cylindrical vessels

Approximate containment design formulas are developed for prediction of the maximum wall deformation of a cylindrical vessel due to detonation of a centrally located bare spherical high-explosive charge. Vessel wall response due to both the initial impulse loading and the long-term pressure build-up is considered. Formulas, which incorporate a rigid-plastic material model including strain hardening and strain rate sensitivity, are written in terms of elementary functions suitable for containment design calculations. Wall response predictions compare favorably with the results of a limited experimental program performed on mild steel containment vessels closed with massive end caps.     

滑环圆角半径对液压往复格莱圈接触压力的影响

为了研究格莱圈的往复密封性能,基于ANSYS Workbench建立格莱圈的有限元模型,并对格莱圈进行往复动态分析,分析压缩率、流体压力和滑环圆角半径对格莱圈最大接触压力和最大Von Mises应力的影响。数值模拟结果表明:在同一压缩率下O形圈与滑环之间的接触压力要大于O形圈与缸体之间的接触压力;随着介质压力的增加,滑环-活塞杆接触对与其余接触对之间的接触压力差值越明显;当滑环空气侧圆角半径小于流体侧圆角半径时,内外冲程所受到的压力差要明显大于空气侧圆角半径大于流体侧圆角半径时的压力差,因此当空气侧圆角半径大于流体侧圆角半径时,可延长格莱圈的使用寿命。     

Effect of rupture disc curvature on the compression waves in S/R valve

When the pressure at a weak spot established at a certain part of a high pressure vessel or piping system exceeds a design pressure, this weak spot bursts, and the pressurized gas emitted through the weak spot generates a compression wave system at the downstream of the disc. In this connection, an experimental study was performed by using a shock tube facility with dimensional analysis to relate the valve opening time and shock wave formation distance with the diaphragm radius of curvature, the pressure ratio and depth of cross type groove. Four kinds of curvature radii were used with and without 90° groove. It was found that the smaller the radius of curvature of the rupture disc is, the thinner the thickness of the rupture disc is; and the smaller the ultimate strength of the rupture disc is, the shorter the valve opening time becomes. The radius of curvature and the ultimate strength of the rupture disc for the same conditions are smaller; the maximum pressure rise caused by the coalescences of the compression wave at the downstream of the valve is smaller. Finally, we found that the formation distance of the shock wave for the case of smaller curvature is longer than that for the case of a larger one because of the retardation of accumulation of the compression wave.     

质子交换膜燃料电池半经验模型

在燃料电池浓差极化计算过程中,根据基准空气过量系数与实际空气过量系数修正阴极扩散层孔隙率。修正孔隙率后的浓差极化与没有修正孔隙率的结果最大差值为0.06 V,对燃料电池模型计算结果影响较大。利用空气过量系数修正膜的电导率,讨论水管理对欧姆极化的影响,计算结果表明水管理对欧姆极化影响相对较小。综合开路电压和各种极化的计算建立燃料电池半经验模型,并采用该模型计算不同电流密度下,活化极化、欧姆极化以及浓差极化占总极化的比例,结果表明随电流密度的增大,欧姆极化和浓差极化所占比例不断加大。利用燃料电池试验台架进行燃料池的极化曲线试验,试验结果与计算结果十分吻合。