环状分布装药容器中爆炸载荷研究.doc

环状分布装药容器中爆炸载荷研究 1 引言一定量炸药爆炸对目标作用时总可分为以下3种情况，即与目标接触爆炸作用，装药在无限空气中爆炸对目标作用以及介于两者之间的爆炸作用情况。在实际爆炸切割作用过程中，上述3种情况都可能出现。接触爆炸以爆炸产物的作用为主，通常导致目标破坏；近距离爆炸作用以冲击波(峰值压力)作用为主；较远距离爆炸以冲量作用为主。随着我国核电设施的更新，放射性部件拆除技术研究已成为相关领域亟待解决的课题。应用爆炸环形切割器与机械、等离子等技术拆除反应堆仓内各种管道，爆炸法具有快速、经济、彻底等优点。环状聚能装药切割钢圆筒时，由于装药爆炸所产生的冲击波和应力波有可能对周围设备产生一定危害，为了确定和判断其危害作用的大小，本文从理论分析及实验测试两方面对圆筒内装药爆炸及其对圆筒筒壁的作用进行了研究。2 试验研究模型本文涉及的试验装置如图1所示。位于装药径向的传感器测距是33cm，位于地面在装药正下方的传感器测距是52cm。实际环形线性切割器的装药量为300g黑梯炸药。根据有关资料介绍1，爆炸后周围空间的载荷计算可用其药量的18作等效计算。下面的计算问题是40 g黑梯炸药在直径33cm钢质圆筒轴线上爆炸，装药距地面高度约52cm。通过理论计算及实验测量得到圆筒内壁、地面及距装药10cm空间点上压力。3 爆炸作用载荷理论分析无限空气中装药爆炸及其对目标作用的理论及试验研究，已经获得一系列半理论半经验公式。但由于研究条件不同，得到的理论及公式的适用范围及精度也有所不同，理论分析时应加以区别和选择。图1 试验测试装置示意图31 无限空气中爆炸场压力分析2在图1所示测点设置条件下，装药距筒壁最近距离为33cm，装药量40g。装药爆炸满足（1）式中 H炸高，m；C装药量，kg。入射载荷可按无限空气中爆炸情况计算。其常用公式有：（2）纳乌门科公式（3）萨道夫斯基公式（4）享利奇（JHenrgch）公式（5a）（5b）（5c）贝克（WEBaker）公式（6a）（6b）式中 Pm压力，MPa；距离，m。32 筒壁反射压力计算理论 由于两个测点在装药正下方或半径方向上，因此，壁面受到的压力可视为正入射情况下的反射载荷。其计算公式为：（7）P1、P2分别表示入射冲击波超压和反射冲击波超压，P0、P1、P2单位为105 Pa。33 计算结果利用公式(1)（7）计算入射及反射压力，计算结果列于表1至表3中。表1至表3分别是距装药10cm的空间点、筒内壁、装药正下方地面上的入射和反射超压计算结果。表1 R10 cm时入射和反射超压加载类型超压值 PMPa纳乌门科公式亨利奇公式贝克公式入射载荷1071889695反射载荷8180167860表2 R33 cm时入射和反射超压加载类型超压值 PMPa纳乌门科公式亨利奇公式贝克公式入射载荷019100844208724反射载荷062764575546429表3 R52 cm时入射和反射超压加载类型超压值 PMPa第一公式萨道夫斯基公式亨利奇公式贝克公式入射载荷03712034520312302969反射载荷15140137441202511242图2 测试系统方框图4 爆炸作用载荷试验研究试验测试系统如图2所示。压力传感器采用YD203压电晶体传感器，其测量压力范围030 MPa，自振频率大于100 kHz，加速度传感器采用YD103压电晶体传感器，测量范围01800 g，频响1 Hz10 kHz。传感器分别安装在圆筒和底座上，传感器外加防护罩。5853电荷放大器为三通道宽频带电荷放大器，适用压电晶体传感配接，其频响范围1 Hz100 kHz。DBC1201八通道高速数据采集仪的AD变换器精度为12 bit，采样频率对压力和振动分别采用500 kHz，数据长度16 KB，采用预触发方式。由DBC1201采集的压力和振动数据通过接口装置送入HP486微机进行分析、处理。分析和处理采用美国DSP公司研制的DADISP大型数字信号分析软件。42 测试结果在实验模型及测点位置不变的情况下，成功地进行5炮实爆试验，测量测点上的压力及加速度等参量的时程曲线。实测典型压力波形如图3及图4所示。两个测点的压力特征参数平均值如表4所示。表4 测点压力特征参数41 试验系统组成测点号压力峰值MPa持续时间ms正冲量Nsm20123200818602482005241图3 底座压力-时间实测波形图4 侧壁压力-时间实测波形5 结论参考文献1 StSchumann， HUFreund，etc钢管爆炸切割技术切割能量及环境效应兵器总公司213所(译文集)1994，112 叶序双爆炸作用基础工程兵工程学院，1996（1）理论计算可知：在距装药中心10cm的空间点上，在刚性反射假设条件下，反射超压在679MPa818MPa之间；在装药径向R33cm处的金属圆筒内壁上，反射超压在458MPa464MPa范围内；在装药正下方R52cm处的地面上，反射超压在112MPa151MPa范围内。（2）试验研究表明，筒壁测点（R33cm）处的测压峰值为482 Pa，而筒底测点（R52cm）处的测压峰值为232MPa。(3)理论分析与试验测试结果相比较表明，筒壁测点的计算值与测定值大致相符；而筒底测点的压力测试值大于计算值。分析认为其主要原因是由于爆炸试验在钢圆筒内进行，冲击波经筒壁反射后到达底板叠加于直接传播至底板的冲击波之上，使压力增大。(4)理论与测试结果相比较表明，在装药径向R10cm处的计算结果是基本可信的，它反映了距装药R10cm处刚壁上的受压情况。(5)将上述计算结果与钢筒金属材料屈服强度430MPa