爆炸容器常用于工業(yè)、國防等領(lǐng)域，能夠承受和封閉一定當量的爆炸沖擊波及爆炸產(chǎn)物的破壞作用，可有效保護人員、設(shè)備和環(huán)境的安全，是一種防護設(shè)備。在容器內(nèi)實施封閉的化學(xué)爆炸時，容器內(nèi)壁上沖擊波的載荷特征是進行爆炸容器結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析、安全評估和工程設(shè)計的基礎(chǔ)。由于封閉爆炸條件下爆炸沖擊波的產(chǎn)生、傳播和對結(jié)構(gòu)的作用是一個復(fù)雜的動力學(xué)過程，難以用理論方法獲得完整的解析。因此獲得比較準確可靠的內(nèi)壁載荷時間和歷程及分布情況，對研究結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)意義重大。本文采用電測試驗方法對爆炸防護結(jié)構(gòu)進行動應(yīng)變測試，獲得內(nèi)壁應(yīng)力的變化情況，為此類大型爆炸容器的生產(chǎn)和研究提供參考。
工程概況
為取得爆炸焊接半球阻波結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計實驗依據(jù)，在某場所設(shè)置了1/6縮比實驗?zāi)Ｐ?，模型主體為半球殼體，底部、中部和上部各有1個加強環(huán)，表面還設(shè)置了加強筋。殼體直徑6m，鋼板厚6mm，筋板厚6mm、高50mm，上口直徑1.33m，材料均為6mm的16MnR鋼材，材料設(shè)計強度310MPa，彈性模量206GPa，泊松比0.3。模型完成后對其表面進行覆土，并采用2-5kg的各種藥量和藥形進行爆炸沖擊實驗，同時在殼體上進行瞬態(tài)沖擊應(yīng)變測試，再對測試結(jié)果進行計算，得到各測點的應(yīng)力情況。
測試儀器選用聚航科技生產(chǎn)的JHDY超動態(tài)應(yīng)變儀，所有通道同步采樣，單通道采樣率*高200khz，配有專用高速通訊軟件，測試數(shù)據(jù)實時同步，自動生成測試報告。應(yīng)變片采用直角應(yīng)變花，單點溫度補償。
應(yīng)變測試點的選擇及傳感器布置
在結(jié)構(gòu)應(yīng)力模擬計算分析的基礎(chǔ)上，針對該結(jié)構(gòu)爆破過程中的應(yīng)力薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)置了4個測試點(測試點具體位置見圖1)。本次測試采用的傳感器貼片的位置定在殼體加肋網(wǎng)格的中心點，應(yīng)變片的布置規(guī)定如下：1)0°片方向平行于水平地面方向；2)90°片方向垂直于水平地面方向；3)0°片、45°片、90°片為逆時針方向排列。
圖1 貼片位置
應(yīng)變測試結(jié)果及分析
(1)經(jīng)過一系列試驗，分析各工況的動應(yīng)力波形圖得出：應(yīng)力波形為典型的爆炸應(yīng)力波形，球殼表面在爆炸沖擊作用下的沖擊應(yīng)力峰值除*一次*大外，之后基本以拉壓應(yīng)力狀態(tài)來回振動，而且振動應(yīng)力在經(jīng)過1-2個來回后立刻減小到100MPa以下。
(2)根據(jù)應(yīng)變測試的結(jié)果，可計算出結(jié)構(gòu)的*大應(yīng)力和方向，各測點在不同工況下都滿足防護罩用材料的設(shè)計強度要求。
(3)比較各測點主應(yīng)力變化情況可得出：隨著藥量的增加，2號和1號位置的主應(yīng)力增長幅度較大，其中2號位置的應(yīng)力增長幅度*大，因此與其他點相比2號點*為薄弱，在實際生產(chǎn)中增加藥量時應(yīng)重點關(guān)注2號位置。
(4)根據(jù)5kg*藥不同藥形下各測點應(yīng)力的比較，分析不同藥形情況下的應(yīng)力變化情況可發(fā)現(xiàn)，根據(jù)藥形的不同，3號和4號位置的應(yīng)力變化明顯不同，由此可推斷出藥形的不同對殼體不同部位的影響是不同的，因此在實際使用中必須引進形狀系數(shù)的概念來指導(dǎo)生產(chǎn)。
結(jié)論
1. 土的堆壓可削弱球殼振動，因此通過增加或減小土的質(zhì)量來達到消除單次爆炸引起的疲勞問題，即通過調(diào)整覆土量達到單次爆炸球殼振動，經(jīng)過1-2個來回后立即減小到材料的疲勞極限以下，就可以忽略單次爆炸引起的球殼的振動疲勞問題，只需考慮多次爆炸引起的疲勞。
2. 本次各工況中，除5kg藥量的一個工況結(jié)果偏大外，其他都能滿*模型的設(shè)計強度，因此這次試驗可以為最終實體的設(shè)計提供依據(jù)。
3. 隨著藥量的增加，2號位置即球殼的排氣孔附近應(yīng)力增加*快，這是殼體*為薄弱的環(huán)節(jié)，應(yīng)該通過增加筋板來解決這個問題。
4. 同一藥量不同藥形對結(jié)構(gòu)不同位置的應(yīng)力影響很大，因此*藥的形狀系數(shù)也應(yīng)引入到試驗中，作為評定材料安全和指導(dǎo)生產(chǎn)的一條重要指標。
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