采用扩展有限元法的线式爆炸分离装置裂纹扩展分析

为了提高线式爆炸分离装置的安全性,本研究基于扩展有限元法,通过创建二维和三维动态裂纹扩展模型,探索了线式爆炸分离装置在爆轰波作用过程中的动态裂纹扩展和止裂机理。研究表明,分离壳体的裂纹扩展路径独立于裂纹初始角度;不考虑载荷时序时,二维和三维动态裂纹扩展的主方向分别沿着分离壳体的径向和环向;考虑载荷时序时,受不同区域应力波的联合作用,三维裂纹沿环向扩展的同时会沿着轴向扩展,但裂纹的扩展均不会影响到止裂槽以外的结构。所提方法和相应结论可为线式爆炸分离装置设计提供参考。

某爆炸分离装置分离过程仿真研究与设计改进

爆炸分离装置分离过程仿真需考虑材料破坏过程,将材料本构关系由弹塑性扩展至渐进式损伤断裂模型。为了模拟爆炸分离过程中各组件损伤破坏进程,首先将金属材料动态损伤本构引入Abaqus有限元分析平台,然后建立爆炸分离装置有限元分析模型,开展爆炸分离过程中各组件损伤破坏进程的精确模拟,复现地面试验情况,确定设计薄弱环节,预示结果与试验结果一致,证实了响应预示方法及计算结果的可靠性,为后续同类产品的设计与动态损伤破坏进程模拟提供了参考。

分离结构在冲击载荷作用下的破坏机理研究

为深入研究爆炸分离装置的分离过程,针对航天运载器的爆炸分离结构关键部件在爆炸载荷作用下的破坏过程进行了机理性研究和分析,从应力波传播和动态断裂力学角度研究了分离板在2种载荷形式(柔性导爆索或者聚能切割索)作用下的破坏过程。认为:在柔性导爆索分离装置中,分离板的破坏包括层裂和拉应力破坏,保护罩可能是拉伸破坏或剪切破坏模式;而在聚能切割索分离装置中,分离板的破坏包括聚能射流切割、裂纹扩展和层裂等复合过程。该分析结果对深入研究爆炸分离结构的分离过程、科学确定材料选择标准具有借鉴意义。

柔性导爆索切割过程仿真及试验研究

为深入研究柔性导爆索(Mild Detonating Fuse,MDF)在爆炸分离装置中的作用过程和机理,采用AUTODYN软件建立了柔性导爆索切割铝平板试验件的仿真模型,采用固定约束方式模拟防护盖板与平板试验件之间的螺栓连接及平板试验件的双边夹持,并基于BKW方程,计算得到了柔性导爆索中RDX装药的JWL状态方程和爆轰性能参数。在此基础上,设计了柔性导爆索切割铝平板试验件的试验,验证了仿真模型的准确性。结果表明:该型柔性导爆索可以将铝平板试验件可靠切断,且防护盖板完好;从起爆到铝平板试验件分离,柔性导爆索的作用时间在几十微秒量级,试验结果可以为柔性导爆索分离装置的结构设计和优化提供理论指导。

预制缺陷柱壳结构的等效裂纹分析方法

针对传统有限元法在分析预制缺陷柱壳时出现的应力/应变计算精度不足、无法有效指导工程实践的问题,提出了一种具有高冗余度的等效裂纹分析方法。将预制缺陷视作典型裂纹,基于奇异裂纹元法对其进行裂纹稳定性分析,并根据稳定性分析结果来评估预制缺陷柱壳的结构完整性。通过该方法得到的分析结果具有比常规有限元分析更高的可靠性,对于导弹线式爆炸分离装置等工作环境恶劣、风险系数较高的预制缺陷柱壳结构而言,该方法有助于提升其设计的安全裕度,具有一定的工程实用性。