柔爆索线式爆炸分离过程机理分析

目录

自序前言

基础篇

第1章绪论3

1.1背景3

1.2问题的提出6

1.2.1国内外研究现状6

1.2.2国内现有设计方法7

1.2.3对现有设计方法的思考9

1.3本书的主要内容11

1.3.1内容整体框架11

1.3.2基础篇主要内容11

1.3.3应用篇主要内容12

参考文献15

第2章爆炸与冲击动力学基础理论17

2.1冲击波与爆轰波17

2.1.1冲击波17

2.1.2爆轰波18

2.2柔爆索性能20

2.2.1柔爆索爆速20

2.2.2柔爆索爆热与爆压22

2.3固体中的应力波25

2.3.1波的概念25

2.3.2动力学效应27

2.3.3波的传播28

2.4材料动态力学性能30

2.4.1材料动态本构关系31

2.4.2固体高压状态方程35

2.4.3材料的动态破坏41

2.5量纲分析方法47

2.5.1引言47

2.5.2量纲相关概念48

2.5.3量纲法则49

2.5.4π定理50

2.6本章小结51

参考文献51

第3章分离装置材料的动态力学性能52

3.1材料动态力学性能实验技术52

3.1.1分离式霍普金森压杆实验技术52

3.1.2分离式霍普金森拉杆实验技术53

3.1.3冲击压缩线测量技术55

3.1.4层裂实验技术58

3.2分离装置铝合金材料的动态力学性能61

3.2.1三种铝合金材料的动态压缩性能61

3.2.2三种铝合金材料的动态拉伸性能65

3.2.3两种铝合金材料的状态方程69

3.3分离板材料Ⅰ型动态断裂性能72

3.3.1试样设计73

3.3.2测试方法73

3.3.3ZL205A材料断裂性能75

3.4分离板材料Ⅰ/Ⅱ复合型动态断裂性能78

3.4.1试样设计78

3.4.2两种分离板材料的断裂性能81

3.5本章小结89

参考文献89

第4章爆炸分离装置的地面试验与测试技术91

4.1平板试验91

4.1.1平板试验设计及试验基本步骤92

4.1.2平板试验件等效原则93

4.1.3平板试验件验证对象的设计94

4.1.4平板试验的边界条件97

4.1.5平板试验实施98

4.2原型试验101

4.3地面试验测试技术103

4.3.1试验布置103

4.3.2试验高速摄影观测103

4.3.3分离碎片尺寸和碎片飞散速度计算105

4.4本章小结106

参考文献107

第5章爆炸分离过程数值仿真技术108

5.1数值仿真计算方法109

5.1.1常用网格描述方法109

5.1.2常用数值计算方法111

5.2爆炸分离过程数值仿真常用软件及分析示例117

5.2.1AUTODYN软件和ABAQUS软件117

5.2.2LS-DYNA软件118

5.2.3MSC.Nastran软件123

5.2.4MSC.Marc软件128

5.3本章小结133

参考文献133

第6章含缺陷航天结构动态断裂分析方法134

6.1自由飞行航天结构强度分析的惯性释放技术134

6.2含缺陷航天结构的等效裂纹分析方法136

6.2.1奇异裂纹元法简介136

6.2.2奇异裂纹元在含缺陷结构裂纹稳定性分析中的应用138

6.3动态“加料”裂纹元法及其二次开发140

6.3.1二维线弹性动态“加料”裂纹元法140

6.3.2动态“加料”裂纹单元的二次开发149

6.3.3算例验证152

6.4本章小结159参考文献159

应用篇

第7章线式爆炸分离装置的结构完整性分析163

7.1分离装置的载荷分析与计算163

7.1.1轴向静载荷164

7.1.2横向静载荷165

7.1.3载荷的综合166

7.2分离装置的结构完整性分析168

7.2.1计算模型168

7.2.2基于传统分析方法的分离装置强度分析170

7.2.3基于惯性释放技术的分离装置强度分析172

7.2.4基于等效裂纹方法的分离装置断裂分析175

7.3基于动态“加料”裂纹元法的分离装置起裂分析177

7.3.1分离装置的起裂分析178

7.3.2关键参数对分离装置动态起裂的影响分析182

7.4本章小结188参考文献189第8章柔爆索能量输出规律190

8.1柔爆索加载厚壁圆筒试件做功效率190

8.1.1试验设计190

8.1.2试验结果192

8.1.3纯保护罩模式做功效率195

8.2柔爆索驱动预制刚性碎片做功效率199

8.2.1柔爆索爆炸驱动下预制刚性碎片的飞散速度199

8.2.2速度模型的试验验证203

8.2.3数值仿真验证206

8.2.4纯分离板模式做功效率209

8.3本章小结211

参考文献211

第9章爆炸分离过程能量分配规律213

9.1非对称结构内部爆炸能量分配的分析思想213

9.2平面对称双保护罩结构的能量分配规律218

9.2.1平面对称双保护罩结构的能量分配分析218

9.2.2双保护罩结构的柔爆索爆炸加载试验219

9.2.3双保护罩结构的能量分配规律225

9.3实际爆炸分离过程能量分配规律228

9.3.1试验及结果228

9.3.2各部分能量计算236

9.3.3能量分配规律分析237

9.4本章小结239

参考文献240

第10章爆炸分离过程保护罩的冲击损伤与破坏分析241

10.1保护罩损伤破坏机理分析241

10.1.1保护罩破坏机理分析241

10.1.2保护罩内壁破坏解析模型243

10.1.3保护罩内部裂纹形成的初步数值模拟248

10.2GTN弹塑性损伤模型及保护罩内部损伤分析250

10.2.1GTN损伤本构模型251

10.2.2GTN损伤本构模型的程序实现253

10.2.3GTN损伤本构模型有效性验证260

10.2.4GTN损伤本构模型用于保护罩损伤分析266

10.3保护罩结构内冲击波传播规律分析270

10.3.1保护罩内冲击波衰减规律研究271

10.3.2保护罩结构改进方案275

10.4本章小结279

参考文献279

第11章滑移爆轰作用下分离板破片带的碎裂机理281

11.1爆炸分离过程原型试验现象281

11.1.1平板试验件小药量分离裕度验证试验281

11.1.2头罩分离装置1∶1鉴定试验283

11.2爆炸分离过程模型试验研究285

11.2.1模型试验设置286

11.2.2模型试验结果288

11.3滑移爆轰作用下分离板破片带的碎裂机理研究293

11.3.1问题的简化293

11.3.2失效机理分析295

11.3.3破片带断裂理论分析297

11.4试验及讨论301

11.4.1分离板材料为ZL205A的模型试验验证301

11.4.2分离板材料为ZL114A的模型试验验证303

11.4.3影响分离性能的材料参数303

11.4.4关于止裂槽止裂机理的分析304

11.5本章小结305

参考文献306

第12章爆炸分离碎片安全性分析307

12.1碎片飞散性能研究307

12.1.1碎片飞散角308

12.1.2破片带碎裂后的碎片尺寸311

12.1.3碎片飞散速度312

12.2关键参数对分离性能的影响规律320

12.2.1分离过程影响因素分析320

12.2.2关键影响因素及其影响规律322

12.2.3因子的极限330

12.3影响因子敏感性分析333

12.3.1多因子联合影响规律333

12.3.2因子波动对分离性能的影响336

12.4分离安全性判据339

12.5本章小结342

参考文献342

第13章线式爆炸分离结构的拓展应用344

13.1柔爆索分离装置仿真分析设计软件344

13.1.1软件功能344

13.1.2软件操作流程345

13.1.3应用示例347

13.2线式分离装置的发展与应用348

13.2.1聚能切割索分离装置348

13.2.2膨胀管式分离装置350

13.2.3气囊式分离装置355

13.3发展思考356

参考文献357

符号表358

彩图