方形爆炸抛撒装置结构优化

李建平 刘思琪

李建平, 刘思琪. 方形爆炸抛撒装置结构优化[J]. 高压物理学报, 2020, 34(2): 023301. doi: 10.11858/gywlxb.20190835
引用本文: 李建平, 刘思琪. 方形爆炸抛撒装置结构优化[J]. 高压物理学报, 2020, 34(2): 023301. doi: 10.11858/gywlxb.20190835
LI Jianping, LIU Siqi. Structure Optimization of Square Explosive Dispersion Device[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(2): 023301. doi: 10.11858/gywlxb.20190835
Citation: LI Jianping, LIU Siqi. Structure Optimization of Square Explosive Dispersion Device[J]. Chinese Journal of High Pressure Physics, 2020, 34(2): 023301. doi: 10.11858/gywlxb.20190835

方形爆炸抛撒装置结构优化

doi: 10.11858/gywlxb.20190835
基金项目: 国防重大专项(201820246213)
详细信息
    作者简介:

    李建平(1963-),男,博士,讲师,主要从事多相爆轰研究. E-mail: ljping@bit.edu.cn

    通讯作者:

    刘思琪(1995-),女,硕士研究生,主要从事分散控制技术研究. E-mail: 1505445921@qq.com

  • 中图分类号: O389

Structure Optimization of Square Explosive Dispersion Device

  • 摘要: 为了研究方形抛撒装置壳体破坏规律及燃料分散特性,开展了抛撒装置外场实验并利用LS-DYNA仿真软件进行了数值模拟,模拟结果与实验结果相吻合。进一步分析装置倒圆角及刻槽深度对壳体破裂效果及燃料分散速度的影响规律,结果表明:倒圆角与增加刻槽深度有利于减小壳体棱边处应力集中的影响,圆角半径增至10 mm或刻槽深度增至1.2 mm时,棱边处不再破裂;同一装置壳体边部和中部位置采用不同深度的刻槽可有效减少壳体破裂不均现象。当边缘处刻槽深度为1.2 mm、中间刻槽为1.6 mm时,壳体均匀破裂;当棱边处倒10 mm圆角,边部刻槽深度为0.8 mm,中部刻槽为1.2 mm时,抛撒装置既能满足壳体均匀开裂,又可提高壳体强度,同时可将燃料分散平均速度差值降低22%,从而有效提高燃料抛撒效率。

     

  • 图  方形抛撒装置结构

    Figure  1.  Structure of square dispersing device

    图  方形抛撒装置实物

    Figure  2.  Image of square dispersing device

    图  实验过程中不同时刻燃料分散及壳体破裂

    Figure  3.  Fuel dispersion and shell rupture at different times during the experiment

    图  有限元计算模型

    Figure  4.  Finite element model

    图  装置计算模型

    Figure  5.  Mesh distribution of the device computing model

    图  仿真过程中不同时刻燃料分散及壳体破裂结果

    Figure  6.  Results of fuel dispersion and shell rupture at different time in the simulation process

    图  壳体破裂过程的侧视应力云图

    Figure  7.  Side-view of stress nephogram for the shell rupture process

    图  燃料边界水平方向速度随时间的变化

    Figure  8.  Horizontal velocity versustime at fuel boundary

    图  壳体棱边处倒角俯视图

    Figure  9.  Top view of chamfer at edge of shell

    图  10  400 $ {\text{μ}}{\rm s}$不同倒角大小时壳体破裂结果(正视图)

    Figure  10.  Effect of shell rupture under different chamfer sizes at 400 μs (front view)

    图  11  400 $ {\text{μ}}{\rm s}$刻槽2深度不同时壳体破裂结果(正视图)

    Figure  11.  Effect of shell rupture under different groove 2 depth at 400 $ {\text{μ}}{\rm s}$ (front view)

    图  12  3种方案中燃料的最大速度与最小速度

    Figure  12.  Maximum and minimum fuel speed in three schemes

    图  13  3种方案中燃料的最大最小速度差

    Figure  13.  Velocity difference of fuel in three schemes

    表  1  TNT炸药的爆轰性能及JWL状态方程参数

    Table  1.   Detonation properties and JWL equation-of-state parameters of TNT explosive

    ρ0/(g·cm–3)D/(m·s–1)p/GPaA/GPaB/GPaR1R2ωE/(GJ·m–3)
    1.636 930213747.334.20.90.357
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    表  2  燃料计算参数

    Table  2.   Parameters for the computation of fuel

    ρ0/(g·cm–3)CS1S2S3γ0
    1.01.651.92–0.09600.35
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    表  3  空气计算参数

    Table  3.   Parameters for the computation of air

    ρ0/(g·cm–3)C0C1C2C3C4C5C6E/(J·m–3)V0
    0.001 2500000.40.402.5 × 1051.0
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    表  4  装置结构计算参数

    Table  4.   Computation parameters of device structure

    StructureMaterialρ0/(g·cm–3EνFCePe
    Shell5A06 Al2.750.680.350.45405
    Plate, central tube and tube cap2A12 Al2.780.700.350.35405
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    表  5  倒圆角对壳体棱边及刻槽的影响

    Table  5.   Effect of chamfer on edge and groove of shell

    ShellPositionσmax/MPaCrack or nottcrack/$ {\text{μ}}{\rm s}$
    No chamferEdge376Yes175
    Groove 1361No
    Groove 2355No
    0.8 cm chamferEdge374Yes205
    Groove 1369No
    Groove 2355No
    1.0 cm chamferEdge360No
    Groove 1381Yes185
    Groove 2356No
    1.2 cm chamferEdge359No
    Groove 1385Yes175
    Groove 2357No
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    表  6  刻槽深度对壳体棱边及刻槽的影响

    Table  6.   Effect of groove depth on edge and groove of shell

    Depth of
    groove/mm
    Positionσmax/MPaCrack or nottcrack/μs
    Edge376Yes175
    0.6Groove 1361No
    Groove 2355No
    Edge371Yes175
    0.8Groove 1368No
    Groove 2358No
    Edge378Yes175
    1.0Groove 1376Yes185
    Groove 2366No
    Edge375No
    1.2Groove 1378Yes165
    Groove 2366No
    Edge369No
    1.6Groove 1381Yes145
    Groove 2364No
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    表  7  多深度刻槽条件下增加刻槽2的深度对壳体破裂产生的影响

    Table  7.   Effect of increasing groove 2 depth on shell rupture under multi-depth grooving conditions

    Depth of
    groove 2/mm
    Positionσmax/MPaCrack or nottcrack/μs
    1.4Groove 1378Yes165
    Groove 2370No
    1.5Groove 1382Yes165
    Groove 2373Yes175
    1.6Groove 1380Yes165
    Groove 2377Yes165
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    表  8  两因素条件下增加刻槽2的深度对壳体破裂效果的影响

    Table  8.   Effect of increasing groove 2 depth on shell fracture under two factors condition

    Depth of
    groove 2/mm
    Positionσmax/MPaCrack or nottcrack/μs
    1.0Groove 1383Yes165
    Groove 2364No
    1.1Groove 1382Yes165
    Groove 2371Yes185
    1.2Groove 1382Yes165
    Groove 2376Yes165
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    表  9  方案参数

    Table  9.   Scheme parameters

    PlanChamfer
    size/cm
    Depth of
    groove 1/mm
    Depth of
    groove 2/mm
    100.60.6
    201.21.6
    31.00.81.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-16
  • 修回日期:  2019-10-21
  • 发布日期:  2020-01-25

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