水介质爆炸容器动力响应的数值模拟

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟水介质爆炸容器在不同TNT当量炸药于容器中心处爆炸时的动态响应,并与实测数据进行比较。结果表明,容器筒体爆心环面处的应变幅值在第一个周期内就达到最大值,并且其值大于筒体上其他点的最大应变;在容器椭圆封头处出现应变增长现象,封头顶端的最大主应变峰值大于筒体爆心环面处的应变峰值,且封头顶端的加速度峰值也明显大于爆心环面处的加速度峰值,仿真计算值与实测值吻合较好。在设计同类水介质爆炸容器时,应重点加强筒体爆心环面处和封头顶端。     

应变强化用奥氏体不锈钢力学性能影响因素

为合理确定应变强化工艺参数,试验研究了材料化学成分、板材厚度及应变速率等因素对奥氏体不锈钢的强度、塑性等力学性能的影响规律.研究发现,对于应变强化用奥氏体不锈钢,应确保Ni、Mn等奥氏体稳定化元素的含量.应变强化奥氏体不锈钢低温容器的设计制造应充分考虑冷热轧制工艺导致的不同厚度板材力学性能差异.拉伸应变速率越低,强化压...     

球形容器泄爆收容的实验分析

为研究气体爆炸泄爆收容过程中爆炸容器和收容容器内的压力变化规律及其影响因素,对球形容器在不同收容容器和爆炸容器体积比以及不同导管长度条件下的泄爆收容过程经行了实验研究。结果表明：收容容器体积越大,爆炸容器的压力峰值越小,爆炸压力下降的速度越快;收容容器的体积达到或超过爆炸容器体积的5倍时,接近敞开泄爆的压力峰值;泄爆导管的长度越长,爆炸容器的压力峰值越小;收容泄爆时,火焰的传播速率随着导管传播距离增加而降低,泄爆口处火焰传播速率最高。     

爆炸容器力学安全的敏感度分析方法

 为识别爆炸容器力学安全敏感因素,建立了基于拉丁超立方抽样(LHS)和Spearman偏秩相关分析方法的参数敏感度分析模型。采用该模型对某容器内爆炸过程进行了大量数值模拟和统计分析,给出了相关因素的敏感度大小及排序,分析了样本量、参数分布类型及参数取值范围对敏感度分析结果的影响,并与其他敏感度分析方法进行了比较。结果表明,对所研究的爆炸容器,体积比内能、屈服强度为影响容器力学安全的最敏感因素,切线模量为较敏感因素,而弹性模量、泊松比为不敏感因素;且体积比内能与容器应变正相关,泊松比与容器应变不相关,其他因素与容器应变负相关。本研究建立的爆炸容器力学安全敏感度分析方法可用于各类爆炸容器的力学安全敏感因素分析,为优化容器设计和促进试验安全提供了量化依据。     

应变强化对压力容器安全裕度的影响

通过试件拉伸试验和圆筒容器的有限元模拟,分析了加载路径和预应变量对应变强化容器塑性失稳压力的影响.拉伸试验和有限元模拟结果表明:加载路径对试件和容器的极限承载能力影响较小;不同预应变量虽使容器产生不同程度的塑性变形,但材料的强化效应在一定程度上弥补了容器尺寸变化的影响,仅使圆筒容器的塑性失稳载荷略有下降;在径比为1.02～1.10的薄壁容器范围内,壁厚对应变强化后容器塑性失稳压力的下降影响很小.在同时考虑预应变后容器几何形状改变和材料应力应变曲线改变的情况下,4%～12%预应变后,最小安全裕度由按常规设计的4.76降至2.21,与国内外标准中的最低安全裕度要求相当,表明应变强化后容器仍有较高的强度裕度.     

应变栅结构参数对合金薄膜传感器应变传递的影响

应变栅作为薄膜传感器的关键组成部分,其结构参数直接影响着合金薄膜传感器中应变传递效果。基于剪滞理论研究了应变栅的结构参数对应变传递误差的影响,并推导了合金薄膜应变片的应变传递函数;采用有限元软件模拟仿真了薄膜电阻应变片应变栅栅厚在0.001～0.02 mm、栅长在20～50 mm以及栅宽在0.1～0.4 mm范围内对应变传递的影响,并对上述分析的结果进行了实验验证。结果表明：在选定的范围内,应变栅厚度越小、纵栅长度越长、纵栅宽度越窄,应变传递误差越小;各结构参数对应变传递的影响程度为：栅宽>栅长>栅厚;当栅厚为0.001 mm、栅长为3 mm、栅宽为0.1 mm时,应变传递误差最小为3.4%。     

水泥乳化沥青砂浆力学性能的能量机制

研究了CRTS I型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在不同应变率加载条件下的总应变能、耗散应变能和弹性应变能的演变规律,结果表明:应变率越大,CA砂浆内部积聚的弹性应变能越多,峰值应力越大;弹性应变能在峰值应力前大量积聚,之后不断释放转化为破裂面贯通的表面能;应变率越大,弹性应变能占总应变能的比例(We/W)减小的幅度越小,但弹性应变能的释放量越大,释放的速率也越高,CA砂浆强度衰减越快,脆性越明显;耗散应变能随应变增大而不断增加,耗散应变能主要以裂纹的扩展与错位摩擦的方式产生;应变率越大,CA砂浆内部产生的细小裂纹越多,裂纹的扩展受到变形速率的限制,耗散应变能占总应变能的比例(Wd/W)越小.     

连通容器甲烷-空气混合物抑爆影响因素

为了研究连通器甲烷-空气混合物抑爆的影响因素,利用小球容器、管道、大球容器建立了5种结构的连通容器气体爆炸测试系统,在40目丝网结构条件下,研究了管道长度、丝网层数、传爆容器、抑爆位置等对连通容器甲烷-空气混合物爆炸强度的影响。结果表明:小球容器与管道连通时,随着丝网层数和接管长度的增加,管道末端的压力逐渐降低;当增加传爆容器时,球形容器与管道内气体爆炸强度增加;小球容器与1段管道以及大球容器连通时,丝网层数越多,抑爆效果越明显;小球容器与2段管道以及大球容器连通时,丝网结构能够产生一定的抑爆效果,但抑爆效果不明显;小球容器与3段管道连通时,抑爆位置对连通容器抑爆效果产生较大影响。抑爆位置对连通容器抑爆效果与丝网结构的层数有关。因此,在实际生产应用中,应综合考虑多种因素的影响,以达到最佳的抑爆效果。     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

管道障碍物对连通容器内气体爆炸的影响

对管道内存在障碍物时的连通容器气体爆炸进行研究,与管道内没有障碍物时的情况进行对比,考察管道内障碍物的位置和内径对连通容器压力变化的影响,分析不同条件下连通容器内气体爆炸的压力变化规律。结果表明:管道内障碍物加速了连通容器内气体反应的进行,且随着管道障碍物内径的变大,传爆容器的燃爆压力峰值先变大后变小;改变障碍物的位置,障碍物离起爆容器越近,传爆容器越早到达燃爆压力峰值。传爆容器内气体爆炸产生的压力波在管道内经过障碍物时,压力波有一定程度的削弱。障碍物在连通容器爆炸过程中起的主要作用:增加气体扰动,增强湍流强度,从而加速反应;阻碍压力波传播,削弱压力波强度。     

球形容器泄爆及其外部伤害效应

为了研究球形容器泄爆及其外部伤害效应,利用小球容器和大球容器建立了2种尺寸的球形容器泄爆测试系统。在研究球形容器泄爆内部压力变化特性时,利用大、小球容器分别开展了无膜泄爆和泄爆片泄爆2种实验,得到了如下结论:当大、小球容器泄爆时,随着泄爆口直径的增加,最大泄爆压力减小,压力上升速率减小,正压持续时间减小;当无量纲化泄压比较小时,无膜泄爆峰值压力随泄压比的增大而减小,且呈线性变化。在研究球形容器泄爆外部伤害效应时,分别进行了大、小球容器压力伤害范围实验,获取了大、小球容器泄爆口周围空间不同位置处的压力峰值,并结合超压伤害阈值标准,判断其对人员的伤害作用,从而划定了压力伤害的范围。     

基于20L球形爆炸装置的微米级铝粉爆炸特性实验

采用20 L球形爆炸装置,对6种不同粒径分布的微米铝粉在不同浓度下的爆炸特性进行了实验研究,考察了浓度和粒径对铝粉爆炸特性的影响规律,并分析了其爆炸产物的表面特征.结果表明,铝粉的最大爆炸压力、压力上升速率和爆炸指数随铝粉浓度的增加呈抛物线变化,在最适爆炸浓度（c_opt=500g/m3）时三者均达到峰值.随着铝粉粒径的减小时,最大爆炸压力、压力上升速率呈指数增加趋势,且在铝粉粒径小于10μm时,其增幅更为显著.爆炸过程中的铝粉粉尘云的燃烧时间随铝粉浓度的增大呈指数规律衰减并趋于平缓,同时随着铝粉粒径的减小而降低.      

扁平绕带式压力容器的抗爆特性实验研究

通过实验研究可知,扁平绕带式压力容器能够吸收较多的能量,具有较大的变形能力;爆破时,对环境造成的危害较小,不会造成大面积的、立体性的破坏。表明扁平绕带式压力容器在爆炸冲击载荷作用下具有良好的抗爆特性。     

复杂载荷作用下椭圆封头-接管连接结构的最优化设计

为了设计化工容器上常见的椭圆封头/接管连接结构,根据设计条件提出了3种结构设计方案.采用有限元法,运用ANSYS软件进行结构应力计算,得到了3种结构的应力分布.通过对结构强度、结构的经济性和加工简便性的综合分析,给出了一个最佳的椭圆封头的连接加强结构.     

丝网结构对连通容器抑爆效果的影响

为了考查多层丝网结构对连通容器内气体爆炸的抑制作用,以甲烷-空气混合物为研究对象,利用0.022m3和0.113m3 2个球形容器与一段2m长的管道构成的连通容器进行了一系列丝网结构的抑爆实验,对比分析了20,40,60目和1,3,5,7,9层等不同丝网结构对连通容器的抑爆效果,并通过理论分析和数据处理得到最佳的抑爆结构。结果表明,丝网结构对传爆容器中的爆炸强度的影响要大于起爆容器;当丝网层数较少时,目数对大、小球的爆炸压力影响较小,丝网结构对连通容器不但没有抑爆作用,反而有增加爆炸强度的作用;当丝网层数较多时,目数对大、小球的爆炸压力影响较大;当丝网目数相同时,层数越多,爆炸抑制效果越好。实验条件下,5层和7层分别是40目和60目丝网结构抑爆的临界层数;与5层40目丝网结构相比,7层60目的丝网抑爆效果更好。因此,在实际设计中,应根据其综合作用选择最佳的抑爆结构。     

Ce元素对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织与热变形行为的影响

采用Gleeble-1500D热模拟机,对Mg-5.5Gd-4.5Y- 1Nd-xCe-1Zr(x=0和0.2％,质量分数)合金进行热压缩变形实验(实验温度为375～525℃,应变速率为0.01、0.1和1 s-1,最大变形量为50％),并对合金的塑性变形行为以及变形后的组织进行研究.研究结果表明:合金在变形温度为375℃、应变速率为0.01 s-1条件下开始发生动态再结晶;随着变形温度的升高或应变速率的降低,再结晶体积分数逐渐增加,再结晶晶粒粒径逐渐变大;添加Ce元素可提高再结晶体积分数,减小再结晶晶粒粒径;固溶过程中出现的“椭球状”Mg12Ce粒子对再结晶有粒子激发形核(PSN)作用;这2种合金在375～525℃下的变形表观激活能分别为191和212 kJ/mol.     

泄爆外部压力变化特性的影响因素

为了研究可燃性气体爆炸泄爆过程中,不同因素对容器外部压力变化特性的影响,利用0.022和0.113 m3 2个球形容器进行了一系列实验。实验结果给出了不同容器容积、泄爆面积、容器结构和形式条件下容器外部压力发展历史：容器容积减小,会导致泄爆容器外部的峰值压力增大,压力变化更为迅速,持续冲击时间减小;泄爆口直径在0~0.04 m范围内增加,容器外部最大压力上升速率及峰值压力均相应增大,呈现上升的趋势但非线性,存在一个增加程度先减小后增大的驻点;容器结构和形式对泄爆过程产生显著的影响,相对于单个容器,连通容器外部峰值压力、最大压力上升速率均有较大提高;连通容器泄爆时,跟大容器泄爆相比,小容积泄爆外部最大峰值压力较大,最大压力上升速率较小。     

多缸柴油机冷却水腔流动不均匀性的仿真研究

以多缸柴油机的冷却水腔为研究对象,使用Fluent软件对直列3、4、5、6缸柴油机冷却系统的流场进行仿真.结果表明:对于冷却水套进出水口在曲轴同一端的直列柴油机,从距离入口最近的缸到远离入口的最后一缸,各缸水套间通道压力逐渐降低,各缸缸盖进口和出口压力逐渐增加,各缸缸盖的流量逐渐降低.在相同入口流量条件下,随着发动机气缸数增加,总进口和总出口的压差逐渐降低,整个冷却水套的流动阻力减小,各缸缸盖进出口压差的平均值逐渐减小,发动机各缸盖中最大流量和最小流量之间的差值增加,发动机各缸缸盖流量的不均匀度大幅度增加.