水介质爆炸容器动力响应及可靠性研究

In modern military and economic construction underwater explosion has more and more important position, and has very broad application prospects. Through the water medium explosion vessel simulate the environment of underwater explosion, is a kind of important way to study the law of underwater explosion. Therefore, as the important equipment of the research on the underwater explosion the study of design and basic theory of the water explosion vessel has high technical value and wide engineering application prospects. This project studies the dynamic response and reliability of the underwater explosion vessel used the theoretical analysis, numerical simulation and experimental research method. First by the theoretical analysis the generalized damage yield function and failure criterion of the container shell are established, and failure mechanism of the water medium explosion vessel under explosion load is revealed. And then through the experimental observation and analysis on the loading and the response of the container, we can find the dynamics characteristic of the container and the preliminary law of the explosion shock wave peak pressure and the bubble pulsation under different water depths and different doses. Combined with numerical simulation, the further study on the change rule of dynamic response of water medium explosion vessel has been done to determine the most likely failure mechanism and safety evaluation index on container structure. Also the reliability analysis was carried out on the container using the dynamic reliability analysis method suitable water medium explosion vessel, it provide a scientific basis for the design and safe use of the water medium explosion vessel.

水下爆炸在现代军事、经济建设中具有越来越重要的地位，并且具有非常广阔的应用前景。通过水介质爆炸容器模拟水下爆炸环境，是研究水下爆炸作用规律一种重要方法。因此，水介质爆炸容器的设计及基础理论研究有着较高的技术价值和广阔的工程应用前景。本项目拟采用试验分析、数值模拟与理论计算相结合的方法，系统研究水介质爆炸容器动力响应及可靠性这一应用基础性课题。首先通过理论分析建立水介质爆炸容器壳体广义屈服函数和失效破坏准则，揭示其在爆炸荷载下的失效破坏机理。然后通过系统实验观测和分析容器载荷及壳体响应，找出其动力学特性，并对不同水深、不同药量下爆炸冲击波峰值压力和气泡脉动规律进行初步分析，再结合数值模拟，进一步研究水介质爆炸容器动力响应的变化规律，确定容器最可能的破坏机制和安全评估指标；同时找到适合水介质爆炸容器结构动力可靠度分析方法，对容器进行可靠性分析，为水介质爆炸容器的设计及安全使用提供科学依据。

水介质爆炸容器是进行水下爆炸研究的重要实验设备，而水介质爆炸容器动力响应及可靠性研究又是国防、交通及工程建设等领域亟待解决的重要课题之一。为了在确保水介质爆炸容器使用安全的同时，充分发挥实验设备的效能，必须通过对水介质爆炸容器动力响应和可靠性的研究，较为准确地确定容器壁部弹性范围内的应变与水下爆炸药量、容器直径和壁厚之间的关系，以提高它的承载能力。而目前关于水介质爆炸容器，尤其是模拟深水环境的水介质爆炸容器的研究还很缺乏，很多问题有待于深入探索。. 本项目采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，对水介质爆炸容器的动态特性、动力响应及可靠性进行了多方面、多层次的研究。通过对水下爆炸冲击波的特点和水介质爆炸容器的应力状态及响应特征的研究，提出了基于能量吸收法的水介质爆炸容器壳体强度分析方法，优化了容器的壁厚设计。确定了水介质爆炸容器的振动特性及容器在内部爆炸载荷下的动力响应及可能的破坏模式，为水介质爆炸容器安全评估提供了技术支撑。同时在实验测试和数值模拟的基础上，分析了水介质爆炸容器动力响应的变化规律，考核了爆炸容器的最大承载能力，找出了容器结构最可能的破坏机制和安全评估指标。通过分析不同结构可靠度计算方法的特点和适用情况，项目还提出了水介质爆炸容器动力可靠度分析方法，并对实际水介质爆炸容器进行了可靠性分析，为进一步优化水介质爆炸容器的设计提供了依据。. 项目成果对类似工程具有重要的参考价值，其潜在的工程应用前景广阔，社会经济效益显著，现已获得6项发明专利授权，出版专著1部。此外项目研究成果中的水介质爆炸容器振动特性分析方法、动力响应实验设计及数值模拟方法、动力学研究测试系统开发和水介质爆炸容器结构动力可靠度研究对深海潜水器结构强度及其可靠度等相关领域的研究也有较好的借鉴作用。