Напряженно-деформированное состояние и прочность металлического контейнера с защитой из энергопоглощающего материала при взрывном нагружении

• Автор: Смольянин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Конструкция и методы расчета взрывных камер
1.1 Конструкция взрывных камер и действующие на них нагрузки
1.2 Моделирование взрывных процессов в разнородных средах
методом конечных элементов (МКЭ)
1.3 Объект, цель и задачи исследования
2 Исследование характеристик конструкционных материалов
2.1 Определение механических свойств металла оболочки контейнера
2.2 Исследование энергопоглощающих свойств и прочности пористых
керамических материалов при статическом нагружении
2.3 Исследование предельных деформаций металла оболочки
контейнера при взрывном нагружении
2.4 Оценка энергопоглощающих свойств пористого бетона ВБФ-
при подрывах макета контейнера зарядами разной мощности
2.5 Исследование влияния температуры на энергопоглощающие
свойства пористого бетона ВБФ-650 при взрывном нагружении
3 Методика расчета и результаты исследования НДС полунатурных макетов контейнера при взрывном нагружении
3.1 Основные положения методики расчета НДС
3.2 Верификация методики расчета нелинейных процессов
деформирования при взрывном нагружении
3.3 Численный анализ НДС макетов контейнера с донышками.
Сопоставление расчета и эксперимента
3.4 Исследование влияния на НДС параметров кривых деформирования
пористого бетона и его плотности, температуры, толщины защитного слоя и других факторов
4 Исследование НДС и прочности полномасштабного контейнера
4.1 МКЭ моделирование НДС. Влияние на НДС конструктивного
исполнения контейнера и формы заряда
4.2 Испытания полномасштабного контейнера при подрыве зарядов
различной мощности
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Для транспортировки и экстренного уничтожения взрывчатых веществ необходима разработка и изготовление взрывозащитных контейнеров с относительно небольшой массой и габаритами. К конструкции таких контейнеров предъявляются требования по обеспечению защиты обслуживающего персонала от поражающих факторов взрыва и осколочных элементов, они должны иметь небольшие габариты и массу относительно массы подрываемого заряда, сохранять в момент и после подрыва герметичность для предотвращения утечки токсичных продуктов взрыва. Работоспособность контейнера должна сохраняться в диапазоне климатических температур. Перспективными материалами, позволяющими обеспечить выполнение данных требований, являются легкие пористые керамические энергопоглощающие материалы, снижающие при своем разрушении эффект взрывного воздействия
Сложность описания взрывных процессов, происходящих в замкнутом ограниченном объеме контейнера и определяющих его напряженное состояние, связана с необходимостью моделирования поведения нескольких сред (металл, воздух, пористый керамический энергопоглощающий материал, взрывчатое вещество), с учетом их принципиально различного поведения, возможного перемешивания, при наличии больших деформаций и разрушения энергопоглощающего материала.
В связи с отмеченным, разработка и совершенствование методов расчета напряженно-деформированного состояния и прочности взрывозащитных контейнеров, является актуальной задачей.
Актуальность работы подтверждается ее выполнением по Государственному контракту № 2005/209 от 01.04.2009 г. с Министерством обороны.
Целью работы является выполнение теоретико-экспериментальных исследований прочности транспортного взрывозащитного контейнера с энергопоглощающим материалом, предназначенного для однократного подрыва заряда массой до 3.5 кг в тротиловом (ТНТ) эквиваленте, с использованием современных методов анализа напряженно-деформированного состояния (НДС).

1 КОНСТРУКЦИЯ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ВЗРЫВНЫХ КАМЕР
1.1 Конструкция взрывных камер и действующие на них нагрузки
Взрывные камеры обычно представляет собой оболочки цилиндрической, сферической или другой более сложной формы. В любой взрывной камере существуют дополнительные конструктивные элементы: люки для загрузки заряда, запоры люков, опоры, вентили для сброса избыточного давления после взрыва, электропроводка и провода для подключения детонатора и др.
Взрывные камеры могут быть вакуумируемые и невакуумируемые. В ваку-умированных взрывных камерах перед подрывом заряда создается разряжение воздуха и при расчетах считается, что при взрыве ее нагружение осуществляется разлетающимися продуктами детонации заряда. Нагружение невакуумированной взрывной камеры осуществляется ударной волной, которая формируется в воздушном пространстве, между зарядом и оболочкой взрывной камеры [1-5].
Обычно конструкция камер обеспечивает многократные подрывы зарядов. В связи с этим взрывные камеры и их конструктивные элементы должны быть рассчитаны на действие циклических динамических взрывных нагрузок, действие которых может привести к возникновению усталостных разрушений наиболее напряженных элементов.
При конструировании взрывных камер, работающих в обычных условиях (на воздухе) в диапазоне климатических температур целесообразно использовать относительно недорогие конструкционные малоуглеродистые, хорошо свариваемые стали типа 09Г2С и др.
При взрыве осколочных зарядов оболочка камеры должна иметь внутреннюю защиту от осколков, летящих со скоростью 1-1,5 км/с. Защита может представлять собой дополнительную разъемную металлическую оболочку или экраны, размещенные внутри камеры.
Также для снижения напряжений в оболочке взрывной камеры используют многослойные конструкции, в которых между двух тонких металлических оболочек, вложенных одна в другую концентрически с зазором, находится песок, вода, металлическая дробь, бетон. Возможно также заполнение внутреннего объ-

Рисунок 12. Инструментированный маятниковый копер с максимальной
энергией удара 300Дж