Numerical simulation of influence of constrained layer on expanding deformation of metal cylindrical shell
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摘要: 对金属铝和硬质聚氨酯泡沫组合的约束层对45钢柱壳膨胀断裂性能的影响进行了数值模拟,得到三种约束条件下45钢柱壳在膨胀过程中表面的速度和位移历史剖面,对比分析了在约束层作用下45钢柱壳膨胀变形动态行为。利用高速分幅相机及中能X光机获得了多个时刻45钢柱壳的动态图像和柱壳膨胀后的工程应变,实验结果与数值模拟结果吻合。结果可对爆轰加载下约束层对45钢柱壳膨胀变形的物理规律进行定量认识。Abstract: In this work we investigated the influence of the constrained layer, composed of metal aluminum and polyurethane foam, on the expanding deformation of a metal cylindrical shell using numerical simulation, obtained the velocity and displacement profiles for 45 steel and aluminum affected by shock wave, and compared its simulated dynamic behaviors under the influence with those from the corresponding experiments performed using a high-speed framing camera and medium-energy X-ray photography and found them in good agreement. The findings obtained here provide a quantitative understanding of the constrained layer in terms of its influence on the expanding deformation of the metal cylindrical shell subjected to the high explosive loading.
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Key words:
- cylindrical shell /
- constrained layer /
- expanding deformation /
- X-ray
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[1] Gurnery R W.The initial velocity of fragment from bombs, shells and grenades[R].Army Ballistic Research Laboratory Report No.405, 1943. [2] Taylor G I.Analysis of the explosion of a long cylindrical bomb detonated at one end[M].Scientific Papers of G.I.Taylor, vol.Ⅲ.Cambridge: Cambridge University Press, 1963: 277-286. [3] Hoggatt R H, Recht R F.Fracture behavior of tubular bombs[J].Journal of Applied Physics, 1968, 93(3):1856-1862. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=5093397&contentType=Journals+%26+Magazines&sortType%3Dasc_p_Sequence%26filter%3DAND(p_IS_Number%3A5093320)%26pageNumber%3D4 [4] Al-Hassani S T S, Johnson W.The dynamics of the fragmentation process for spherical shells containing explosives[J].International Journal of Mechanical Sciences, 1969, 11(10):811. doi: 10.1016/0020-7403(69)90034-4 [5] Grady D E.Fragmentation of rings and shells:the Legacy of N.F.Mott[M].New York:Springer, 2006. [6] Grady D E, Olsen M L.A statistics and energy based theory of dynamic fragmentation[J].International Journal of Impact Engineering, 2003, 29(10):293-306. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734743X03001325 [7] Ivanov A G.Dynamic rupture of thin-walled cylindrical shells[J].Journal de Physique Ⅳ, 1991(C3):759-768. http://cn.bing.com/academic/profile?id=7165d9daa49b010d77104d3c893cbeec&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn [8] Goto D M, Becker R, Orzechowski T J, et al.Investigation of the fracture and fragmenation of explosively driven rings and cylinders[J].International Journal of Impact Engineering, 2008, 35(12):1547-1556. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2008.07.081 [9] Zhang H, Ravi-Chandar K.On the dynamics of localization and fragmentation-Ⅳ:expansion of Al 6061-O tubes[J].International Journal of Fracture, 2010, 163(1/2):41-65. doi: 10.1007/s10704-009-9441-5 [10] Bolis C, Counilh D, Lagrange J M, et al.Fragmentation of a titanium alloy shell in expansion:from experiments to simulation[J].Procedia Engineering, 2013, 58:672-677. doi: 10.1016/j.proeng.2013.05.077 [11] 汤铁钢, 谷岩, 李庆忠, 等.爆轰加载下金属柱壳膨胀破裂过程研究[J].爆炸与冲击, 2003, 23(6):529-533. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2003.06.008Tang Tiegang, Gu Yan, Li Qingzhong, et al.Expanding fracture of steel cylinder shell by detonation driving[J].Explosion and Shock Waves, 2003, 23(6):529-533. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2003.06.008 [12] 陈马旭, 乐贵高.带泡沫缓冲的导弹跌落仿真[J].兵工自动化, 2014, 33(3):34-36. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bgzdh201403011Chen Maxu, Le Guigao.Simulation of missile drop with foam cushions[J].Ordnance Industry Automation, 2014, 33(3):34-36. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bgzdh201403011 [13] 任国武, 郭昭亮, 张世文, 等.金属柱壳膨胀断裂的实验与数值模拟[J].爆炸与冲击, 2015, 35(6):895-900. http://www.bzycj.cn/CN/abstract/abstract9550.shtmlRen Guowu, Guo Zhaoliang, Zhang Shiwen, et al.Experiment and numerical simulation on expansion deformation and fracture of cylindrical shell[J].Explosion and Shock Waves, 2015, 35(6):895-900. http://www.bzycj.cn/CN/abstract/abstract9550.shtml [14] Dattelbaum D M, Robbins D L, Gustavsen R L, et al.Shock compression of polyurethane foams[J].EPJ Web of Conferences, 2012, 26:02014. doi: 10.1051/epjconf/20122602014 期刊类型引用(36)
1. 何理,殷琳,钟冬望,张鑫玥,赵永明,熊海涛,陈莎莎,NJAMBA Bruno. 爆破振动强度、波形与频谱研究综述:预测及主动控制. 爆破. 2024(03): 189-204+262 . 百度学术
2. 王士明,周发明,刘聪. 浅孔控制爆破技术在环境和地质双复杂条件下基坑开挖工程中的应用. 煤矿爆破. 2024(04): 33-37 . 百度学术
3. 汤松,李立峰,郑雅风,赵渊,仲鹏,王淼. 基于改进的线性叠加法和岩石破碎效果的最优延期时间分析. 爆破. 2023(03): 12-19 . 百度学术
4. 杨璐瑶,莫宏毅,王雪松,全铭,徐振洋. 应力叠加下的爆破减振效应现场试验研究. 金属矿山. 2023(10): 24-30 . 百度学术
5. 白晓杰,耿新宇,蔺海洋,董法,春坚超,陈亚军. 非均质复杂岩体深凹露天煤矿爆破参数优选确定. 煤炭技术. 2023(12): 46-49 . 百度学术
6. 赵民强. 下穿山岭隧道爆破振动效应的数值模拟分析. 科技与创新. 2023(24): 95-97 . 百度学术
7. 项荣军,刘传鹏,李胜林,凌天龙. 隧道内部爆破振动传播规律与降振技术研究. 爆破. 2023(04): 82-88+200 . 百度学术
8. 龚敏,曹贞洋,石发才,吴昊骏,吴晓东,周世均. 双临空面条件下隧道爆破近区振动波形构造与应用. 振动与冲击. 2022(01): 52-59+97 . 百度学术
9. 谢先启,黄小武,姚颖康,何理,伍岳. 露天深孔台阶精细爆破技术研究进展. 金属矿山. 2022(07): 7-18 . 百度学术
10. 何理,杨仁树,钟冬望,解联库,张奎,杨磊. 非电起爆网路修正单响药量计算及PPV预测应用实例. 振动与冲击. 2022(15): 54-62 . 百度学术
11. 黄强. 隧道爆破振动场中断层对岩体远场振动特性影响研究. 铁道建筑技术. 2022(09): 55-59+80 . 百度学术
12. 赵岩,王小敬,王海龙,王东升. 交叉隧道爆破振速回归分析及对比研究. 工程爆破. 2022(05): 121-127 . 百度学术
13. 褚怀保,余梦飞,严少洋,王昌,孙博. 高压气体爆破与炸药爆破振动试验研究. 爆破. 2022(04): 177-185 . 百度学术
14. 林飞. 复杂环境下爆破降振的微差时间优选. 金属矿山. 2021(04): 59-63 . 百度学术
15. 孙鹏昌,卢文波,雷振,陈明,李瑞泽,李福千. 单薄山体岩质高边坡爆破振动响应分析及安全控制. 岩土工程学报. 2021(05): 877-885 . 百度学术
16. 关振长,朱凌枫,俞伯林. 隧道掘进排孔爆破的精细化数值模拟. 振动与冲击. 2021(11): 154-162 . 百度学术
17. 李永刚,马修胜,马修利. 露天煤矿剥离台阶降低大块率爆破方法研究. 科学技术创新. 2021(19): 102-103 . 百度学术
18. 李祥龙,张其虎,王建国,杨德源,李斌,朱兴彪. 地下爆破精确延时逐孔起爆减振试验研究. 黄金科学技术. 2021(03): 401-410 . 百度学术
19. 包松,郭连军,莫宏毅,徐振洋. 考虑高程与能量的爆破振动持时分析. 金属矿山. 2021(08): 67-70 . 百度学术
20. 王子明,闫建文,杨振军. 洞室爆破振动信号时频分析及能量分布研究. 西安理工大学学报. 2021(02): 261-268 . 百度学术
21. 何理,杨仁树,钟东望,李鹏,吴春平,陈江伟. 毫秒延时爆破等效单响药量计算及振速预测. 爆炸与冲击. 2021(09): 132-144 . 本站查看
22. 何理,谢先启,韩传伟,钟冬望,王洪刚,黄小武,黄炳林. 基于地震波频谱分析与线性叠加的电子雷管延时优选. 金属矿山. 2021(11): 41-48 . 百度学术
23. 余良松,周龙杰,胡英国,胡伟. 两河口水电站级配料开采爆破孔间延时优选的试验研究. 爆破. 2021(04): 81-88 . 百度学术
24. 杨茂森,陈永祥,郝润华. 露天煤矿超高台阶抛掷爆破振动效应评价. 爆破. 2021(04): 156-162 . 百度学术
25. 孙冰,罗志业,曾晟,何旺. 爆破振动影响因素及控制技术研究现状. 矿业安全与环保. 2021(06): 129-134 . 百度学术
26. 李猛,范延静,李彬,潘建荣,王湛. 爆破振动对高层框架-剪力墙结构的影响. 工程爆破. 2021(06): 26-31 . 百度学术
27. 何山,郭剑锋,韩全吉. 山岭隧道微差爆破技术在周边建筑物保护中的应用. 科技通报. 2019(01): 15-18 . 百度学术
28. 陈亚军,常治国,赵斐. 干旱区露天矿爆破作用线理论与实践研究. 采矿与安全工程学报. 2019(02): 357-363 . 百度学术
29. 叶海旺,袁尔君,雷涛,龙梅. 基于量纲分析的爆破振动质点峰值速度预测公式. 金属矿山. 2019(05): 56-61 . 百度学术
30. 相志斌,杨仕教,蒲成志,朱忠华,郑建礼. 基于爆破振动对孔间微差时间的确定. 中国矿业. 2019(11): 123-127 . 百度学术
31. 王伟,李兴华,陈作彬,范磊,孙飞. 基于小波包变换的爆破振动信号能量熵特征分析. 爆破器材. 2019(06): 19-23 . 百度学术
32. 李祥龙,骆浩浩,胡辉,张松涛,李克钢. 延期时间对高台阶抛掷爆破效果的影响. 北京理工大学学报. 2018(06): 579-584 . 百度学术
33. 张绍银,王瑞鹏,吴顺川,赵革. 露天矿边坡爆破振动高程效应分析. 化工矿物与加工. 2018(01): 35-39 . 百度学术
34. 张景华,刘钟阳. 露天采矿爆破对中缅油气管道振动的影响试验. 油气储运. 2018(07): 816-821 . 百度学术
35. 陈士海,吴建. 双孔微差及长柱药包爆破振动数值模拟研究. 爆破. 2017(03): 46-52 . 百度学术
36. 何理,钟冬望,陈晨,黄雄. 岩质高边坡开挖施工的爆破振动监测与分析. 金属矿山. 2017(01): 6-10 . 百度学术
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