爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响

郭德龙 任云燕 徐豫新 李永鹏 李旭东 杨祥

郭德龙, 任云燕, 徐豫新, 李永鹏, 李旭东, 杨祥. 爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(2): 025102. doi: 10.11883/bzycj-2023-0126
引用本文: 郭德龙, 任云燕, 徐豫新, 李永鹏, 李旭东, 杨祥. 爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响[J]. 爆炸与冲击, 2024, 44(2): 025102. doi: 10.11883/bzycj-2023-0126
GUO Delong, REN Yunyan, XU Yuxin, LI Yongpeng, LI Xudong, YANG Xiang. Effect of explosion location on impact response of titanium alloy directional detonation container[J]. Explosion And Shock Waves, 2024, 44(2): 025102. doi: 10.11883/bzycj-2023-0126
Citation: GUO Delong, REN Yunyan, XU Yuxin, LI Yongpeng, LI Xudong, YANG Xiang. Effect of explosion location on impact response of titanium alloy directional detonation container[J]. Explosion And Shock Waves, 2024, 44(2): 025102. doi: 10.11883/bzycj-2023-0126

爆炸位置对钛合金定向泄爆容器冲击响应的影响

doi: 10.11883/bzycj-2023-0126
基金项目: 工信部科技三项之民机项目(KJKT 19-057)
详细信息
    作者简介:

    郭德龙(1999- ),男,硕士研究生,guo-delong@qq.com

    通讯作者:

    徐豫新(1982- ),男,博士,准聘教授,xuyuxin@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O383; V223.2

Effect of explosion location on impact response of titanium alloy directional detonation container

  • 摘要: 研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟,分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度,并以限制罐体运动为目的,对罐体轴向受力进行了分析。研究表明:爆炸物位于轴线时,罐体产生弹性形变;紧贴内壁中间位置时,罐体外壁鼓包并贯穿开裂;紧贴内壁近端头处时,罐体外壁凸起。100 g TNT炸药作用下,冲击端头出口速度均值为124.45 m/s、最大偏角为2.3°,且爆炸物位置对端头出口速度影响较小。爆炸物位于轴线前、后端时,轴向力较爆炸物位于轴线中心时分别增大173%和116%。该研究可为民机定向泄爆容器及连接结构设计提供参考。
  • 图  1  定向泄爆容器结构

    Figure  1.  Structure of the directional blowout container

    图  2  测试装置

    Figure  2.  Test equipment

    图  3  速度测试示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of speed test

    图  4  TNT位于不同位置时罐体的损伤情况

    Figure  4.  Damage conditions of the tank when TNT was located at different positions

    图  5  高速摄影图像

    Figure  5.  High-speed photographic images

    图  6  定向泄爆容器网格模型

    Figure  6.  Tank grid model

    图  7  有限元模型

    Figure  7.  Finite element model

    图  8  工况5中试验与数值模拟破坏形貌对比

    Figure  8.  Comparison of failure morphologies by test and simulation in case 5

    图  9  工况5和工况6罐体的破坏形貌损伤云图

    Figure  9.  Damage nephograms of the tanks in case 5 and case 6

    图  10  工况5和工况6罐体内空气域的压力云图

    Figure  10.  Air domain pressure nephograms in the tanks in case 5 and case 6

    图  11  工况2和工况6端头的损伤云图

    Figure  11.  Damage nephograms of the head in case 2 and case 6

    图  12  工况2和工况6端头的偏转角度

    Figure  12.  Deflection angles of the impact plugs in case 2 and case 6

    图  13  炸药位于不同位置时端头的速度

    Figure  13.  Terminal velocity when the explosives at different locations

    图  14  第1阶段的罐体轴向力

    Figure  14.  Axial force of the tank in stage 1

    图  15  第2阶段罐体轴向力

    Figure  15.  Axial force of the tank in stage 2

    图  16  各阶段的轴向力峰值

    Figure  16.  Peak value of axial force in each stage

    表  1  测试工况

    Table  1.   Test condition

    工况 炸药位置 炸药示意图 工况 炸药位置 炸药示意图
    1 罐体轴线靠近后端盖处 4 罐体内壁靠近后端盖处
    2 罐体轴线中心 5 罐体内壁中心
    3 罐体轴线靠近端头处 6 罐体内壁靠近端头处
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    表  2  测试工况

    Table  2.   Test conditions

    工况 炸药位置 端头速度/(m·s−1) 罐体损伤情况
    1 罐体轴线靠近后端盖处 无变形、无开裂
    2 罐体轴线中心位置 117.9 无变形、无开裂
    3 罐体轴线靠近端头处 无变形、无开裂
    4 罐体内壁靠近后端盖处 无变形、无开裂
    5 罐体内壁中心位置 贯穿性裂纹,裂纹长度116.1 mm
    6 罐体内壁靠近端头处 罐体凸起
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    表  3  TC4钛合金和15-5PH材料参数[15-16]

    Table  3.   Material parameters of TC4 titanium alloy and 15-5PH[15-16]

    材料 ρ/(g·cm−3) G/GPa A/GPa B/GPa C M n cp/(J·kg−1·K−1) Tm/K Tr/K
    TC4钛合金 4.428 109.778 1 098 1 092 0.014 1.1 0.930 560 1 878 293
    15-5PH 7.800 196.507 1 077 499 0 0 0.568 502 1 713 293
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    表  4  TNT材料参数[18]

    Table  4.   TNT material parameters[18]

    ρ/(g·cm−3)爆速/(m·s−1)爆压/GPaa/GPab/GPaR1R2ωEV
    1.636 93021373.773.74714.150.90.356.01
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    表  5  数值模拟结果与试验结果的对比

    Table  5.   Comparison between simulation results and test results

    工况 爆炸物质量/g 爆炸物位置 破坏模式 端头飞行速度 贯穿裂纹长度
    试验/(m·s−1) 模拟/(m·s−1) 误差/% 试验/mm 模拟/mm 误差/%
    2 100 罐体轴线中心 无变形、无开裂 117.9 125.5 6.45
    5 100 罐体内壁中心 贯穿性裂纹 120.1 116.1 109.6 5.60
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-07
  • 修回日期:  2023-09-05
  • 网络出版日期:  2023-12-25
  • 刊出日期:  2024-02-06

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