高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应影响研究

应用二级轻气炮发射球形铝合金弹丸撞击充气压力容器模拟装置,研究高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应的影响。根据试验结果建立了气体压力作为自变量之一的靶板穿孔经验公式。通过X光对高压气体中的碎片云分析发现,气体压力影响碎片云的形态和速度:气体压力增加,对碎片云扩展的阻碍作用增强;气体对碎片云具有减速作用,随着气体压力的增加碎片云减速加快。通过分析被碎片云撞击的观察板,获得了碎片云致损能力与气体压力、弹丸速度和弹丸直径的关系:随着气体压力的增加,碎片云的致损能力降低;在弹丸直径一定的前提下,弹丸速度和气体压力对碎片云的致损能力的影响是相互耦合的;随着弹丸直径的增加碎片云的致损能力增强。

气压对压力容器前壁超高速撞击损伤的影响

充气压力容器在超高速撞击下的典型损伤包括穿孔及其边缘的裂纹失稳破坏,会导致气体泄漏或爆炸,内压对容器前壁损伤的影响仍不明确。以不同内压的球形铝合金充气压力容器为研究对象,开展了球形铝合金弹丸超高速撞击实验和数值模拟计算,分析了内充气体压强对前壁穿孔形貌特征、穿孔直径、孔边环向应力等的影响规律和影响机理,讨论了气体冲击波的传播行为及影响前壁穿孔边缘裂纹失稳破坏的机制。结果表明:前壁穿孔边缘内翻边形貌与内压相关,内压越高,弯折程度越轻;穿孔直径与内充气体压强正相关,但气体对孔径的影响远小于容器壁厚及撞击速度的影响;穿孔边缘使裂纹失稳破坏的环向拉应力不仅受到后壁反射冲击波的影响,也与容器壁内应力波的传播有关,与内压成正比。