金属复合材料真空爆炸焊接实践与研究

为了有效控制爆炸冲击波、噪声、振动等危害效应,分别设计并制造了2、50、270m^3真空爆炸容器,在真空度为-0.086MPa的条件下,开展了系列金属复合材料的爆炸焊接实验研究工作,探索了相应的生产工艺和参数。270m3真空爆炸容器的测试数据显示,其顶部的冲击波超压略大于左侧、右侧和后侧方位的数值。在炸药距离相同条件下顶部的冲击波超压是侧部的5倍左右,实验炸药的药量从70kg增加到120kg,容器顶部的冲击波超压均小于50MPa。结果表明,通过科学合理设计真空爆炸容器,可有效避免空气冲击波对环境和生态的破坏、噪声扰民以及爆炸振动等危害,不仅完全符合国家环保法规和政策要求,而且复合率可达100%,产品的性能和质量更优,有望实现车间化工业生产,为爆炸复合金属材料产业提供了一条绿色发展之路。

负压环境对乳化炸药爆炸温度场和有害效应的影响

为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制,利用自制的可视化球形爆炸罐,通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声,采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场,并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明:随着初始真空度的提高,爆炸火球亮度更高,持续时间更长,形态更稳定;当真空度为0 kPa时,火球在19.35µs时破裂,而当真空度为100 kPa时,火球在58.05µs才开始破裂;低初始真空度对火球温度影响较小,而60 kPa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度;冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低,但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明,随着真空度的提高,冲击波峰值压力降低,冲击波速度逐渐降低至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外,初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声,与常压相比,当罐体内真空度为100 kPa时,爆炸噪声的声压级降低了35.9 dB,降幅为29.8%。

不同真空度下地表爆炸后地面振动规律研究

为研究真空度对爆炸引起的地面振动的影响,开展了炸药在真空爆炸容器爆炸后产生地面振动衰减规律的研究。研究爆炸振动衰减规律,进一步分析真空度对爆炸后地面振动效应的影响;同时,预判爆炸容器内不同药量爆炸时的影响距离,以确定爆炸影响范围进行防护。基于实验数据,分析了振动速度随炸药量、爆心距的衰减规律,并利用萨道夫斯基经验公式,采用最小二乘法拟合求取爆破振动参数K、α值,最终得到爆炸振动速度衰减方程,对综合情况和真空下的振动衰减曲线进行对比分析。结果表明:在爆炸容器5倍比距离下,真空度对振动速度衰减有影响;但是大于5倍比距离下,爆炸容器的真空度对振动影响很小,其远处的地基振动在相同距离下变化不大。在药量和爆心距相同的情况下,随着容器压强即真空度的增大,合速度缓慢增大,且对远距离处的振动影响很小。这是国内首次探索不同真空度下地面爆炸振动规律,并依据特定允许振动速度数值计算安全距离,可为类似研究提供借鉴。

初始压力对TNT密闭空间爆炸温度的影响

为研究密闭空间内初始压力对TNT炸药爆炸温度的影响,采用真空爆炸罐测试系统,开展了不同初始压力条件下0.5kg和1kg药量TNT内爆炸温度试验研究,对测试所得的温度峰值、峰值到达时间、温度变化趋势进行了分析。结果表明:初始压力相同条件下,爆炸温度峰值与药量成正比;同等药量条件下,爆炸温度峰值、峰值到达时间及温度上升速率随初始压力的下降而增加,峰值后的温度下降速率随初始压力下降而减小;随着压力的降低,1kg TNT和0.5kg TNT爆炸温度峰值的比值呈线性减小,当初始压力不同时,小药量TNT的爆炸温度峰值可大于大药量TNT的爆炸温度峰值。

爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。

地下强爆炸诱发地表塌陷的试验模拟与应用

地下核爆炸后会在地表产生下陷弹坑、塌陷带等不可逆变形爆炸后效应,利用地表形变信息对地下核试验进行有效监控和评估具有十分重要的意义。基于考虑重力影响的地下强爆炸塌陷成坑相似理论,利用陆军工程大学自主研制的地下爆炸效应真空室模拟试验装置,对2017年9月3日朝鲜地下核试验诱发的地表不可逆变形进行了模型试验。试验结果表明,地表塌陷带半径为257 m,下陷弹坑的半径为154 m,与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相当,并且符合天基雷达TS-InSar卫星监测数据的估算结果,验证了地下爆炸真空室模型试验在地下强爆炸诱发地表不可逆变形区域模拟和评估的可行性,成为有效补充地震波和卫星监测地下强爆炸的一种研究手段。