外界条件对中空结构物内爆冲击波的影响

孟令存 闫明 杜志鹏 张磊

孟令存, 闫明, 杜志鹏, 张磊. 外界条件对中空结构物内爆冲击波的影响[J]. 高压物理学报, 2020, 34(4): 044104. doi: 10.11858/gywlxb.20190849
引用本文: 孟令存, 闫明, 杜志鹏, 张磊. 外界条件对中空结构物内爆冲击波的影响[J]. 高压物理学报, 2020, 34(4): 044104. doi: 10.11858/gywlxb.20190849
MENG Lingcun, YAN Ming, DU Zhipeng, ZHANG Lei. Influence of External Conditions on Implosion Shock Wave of Hollow Structure[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(4): 044104. doi: 10.11858/gywlxb.20190849
Citation: MENG Lingcun, YAN Ming, DU Zhipeng, ZHANG Lei. Influence of External Conditions on Implosion Shock Wave of Hollow Structure[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(4): 044104. doi: 10.11858/gywlxb.20190849

外界条件对中空结构物内爆冲击波的影响

doi: 10.11858/gywlxb.20190849
基金项目: 国家自然科学基金(10672181)
详细信息
    作者简介:

    孟令存(1994-),男,硕士研究生,主要从事光电倍增管内爆研究. E-mail:1605733924@qq.com

    通讯作者:

    闫 明(1978-),男,博士,教授,主要从事设备抗冲击研究. E-mail:yanming7802@163.com

  • 中图分类号: O381; U663.85

Influence of External Conditions on Implosion Shock Wave of Hollow Structure

  • 摘要: 在深水中工作的中空结构物承受巨大的静水压,突然被压溃时会发生内爆,产生冲击波,对周围结构造成损伤。针对内爆冲击波受静水压力、真空体积影响机理不清的问题,开展了光电倍增管水下内爆试验,验证了ABAQUS中CEL耦合计算方法满足光电倍增管内爆模拟精度的要求,并通过数值模拟分析了外界静水压、中空结构物的真空体积对内爆冲击波的影响规律。结果表明:随着静水压、真空体积的增加,冲击波压力峰值呈线性增加,且距离内爆中心越远,冲击波峰值增加越缓慢;冲击波脉宽随静水压力的增加基本保持不变,随真空半径的增加缓慢降低。

     

  • 图  PMT实物

    Figure  1.  Picture of actual PMT

    图  压力罐示意图

    Figure  2.  Schematic of the pressure tank

    图  PMT内爆过程

    Figure  3.  Implosion process of PMT

    图  PMT内爆仿真模型

    Figure  4.  Implosion simulation model of PMT

    图  水域流场变化过程

    Figure  5.  Change process of flow field in the water

    图  内爆压力对比曲线

    Figure  6.  Comparison curves of implosion pressure

    图  内爆简化模型

    Figure  7.  Simplified model of implosion

    图  内爆水流涌入过程

    Figure  8.  Water influx of implosion

    图  压力时程曲线

    Figure  9.  Curves of pressure varied with time

    图  10  冲击波压力峰值和脉宽随测点距离变化曲线

    Figure  10.  Curves of shock wave peak and pulse width with measuring point distance

    图  11  冲击波压力峰值和脉宽随静水压变化曲线

    Figure  11.  Curves of shock wave peak and pulse width with hydrostatic pressure

    图  12  不同真空球体半径的冲击波压力时域曲线

    Figure  12.  Curves of shock wave pressure with time under different vacuum sphere radii

    图  13  冲击波压力峰值和脉宽随真空半径变化曲线

    Figure  13.  Curves of shock wave peak and pulse width with vacuum radius

    表  1  试验和模拟得到的冲击波压力峰值对比

    Table  1.   Comparison of tested and simulated shock wave pressure peaks

    Measuring point
    Pressure peak/MPaError/%
    TestSimulation
    F114.6311.2822.90
    F2 7.68 5.5327.90
    F3 6.18 5.5310.51
    F4 3.19 2.4921.90
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    表  2  拟合系数值

    Table  2.   Fitting coefficient values

    Hydrostatic pressure/MPaab
    0.34.216−1.067
    0.44.957−1.096
    0.55.761−1.084
    0.66.488−1.079
    0.77.001−1.107
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    表  3  拟合系数值

    Table  3.   Fitting coefficient values

    Measuring point distance/mcd
    0.2534.0758.631
    0.3523.7716.004
    0.4517.4344.770
    0.5514.0263.932
    0.6511.4093.338
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    表  4  拟合系数值

    Table  4.   Fitting coefficient values

    Measuring point distance/mmn
    0.25147.97−11.125
    0.35100.68−7.623
    0.4574.26−5.351
    0.5558.72−3.998
    0.6547.55−3.045
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  • [1] HARBEN P E, BORO C. Implosion source development and diego garcia reflections [C]//23rd Seismic Research Review Worldwide Monitoring of Nuclear Explosions. Jackson Hole, WY, 2001: 21−23.
    [2] TACEY R K. Implosion research [J]. Sea Frame, 2008, 4(1): 13–15.
    [3] LING J J, MARY B, MILIND D. Implosion chain reaction mitigation in underwater assemblies of photomultiplier tubes [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2013, 729: 491–499. doi: 10.1016/j.nima.2013.07.056
    [4] 曹俊. 大亚湾与江门中微子试验 [J]. 中国科学(物理学 力学 天文学), 2014, 44(10): 1025–1040.

    CAO J. Daya bay and Jiangmen underground neutrino observatory (JUNO) neutrino experiments [J]. Scientia Sinica Physica, Mechanica & Astronomica, 2014, 44(10): 1025–1040.
    [5] 吉村太彦. 超级神冈事故原因究明等委员会报告 [R]. 日本: 宇宙科学研究所, 2002.

    YOSHIMURA M. Report on the Super-Kamiokande accident [R]. Japan: Institute of Space and Astronautical Science, 2002.
    [6] NAVAL U W C. Underwater implosion of cylindrical metal tubes [J]. Journal of Applied Mechanics, 2013, 80: 1–11.
    [7] DIWAN M, DOLPH J, LING J J, et al. Underwater implosions of large format photo-multiplier tubes [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2012, 670: 61–67.
    [8] 杜志鹏, 杜俭业, 李营, 等. 不可压缩流体中球型容器内爆理论模型研究 [J]. 兵工学报, 2015, 36(Suppl 1): 92–96.

    DU Z P, DU J Y, LI Y, et al. An implosion theory for the spherical hollow vessel in the incompressible fluid [J]. Acta Armamentarii, 2015, 36(Suppl 1): 92–96.
    [9] 黄治新, 喻敏, 杜志鹏, 等. 水下中空结构物内爆试验方法研究 [J]. 振动与冲击, 2017, 36(3): 27–31.

    HUANG Z X, YU M, DU Z P, et al. Implosion test method for underwater hollow structures [J]. Journal of Vibrtion and Shock, 2017, 36(3): 27–31.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-24
  • 修回日期:  2019-11-09
  • 发布日期:  2020-03-25

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