球形金属爆炸容器的弹塑性动力学行为研究

In the dynamic elastic-plastic response of explosion containment vessels, the strain growth phenomenon can cause larger response in the later vibration stage, and the counter-intuitive behaviour can lead to the final deflection opposite to the impulsive loading. In the proposed project, we will investigate the dynamic elastic-plastic behaviour of spherical steel explosion containment vessels, which are widely employed in military and civil applications. Based on the research of PhD thesis and National Natural Science Foundation Project, we will conduct comprehensive and systemic study employing theoretical analysis, numerical simulation and experimental investigation. The model which is able to predict the dynamic elastic-plastic response of explosion containment vessels will be built. The strain growth phenomenon and the counter-intuitive behavior will be discovered from experimentation. The dynamic response characteristics of containment vessels under the combination effect of material nonlinearity and structure nonlinearity will be explored. The effects of blast loading, material parameters and shell dimensions on the dynamics will be obtained. The current study may bring new contributions to the understanding of dynamic elastic-plastic response of explosion containment vessels, which may improve the relevant foundation research level and the analysis and design ability. The research results can be applied to national defense, industry, scientific research and public security, which will play an important role in guaranteeing national defense and public security.

在爆炸容器的弹塑性动力学响应过程中，应变增长现象会引起容器在振动后期产生更大变形，反直观行为会导致容器最终的变形方向与加载方向相反。本项目将以广泛用于军事和民用的球形金属爆炸容器为研究对象，在项目申请者博士论文和青年自然科学基金研究工作的基础上，对弹塑性动力学行为中的应变增长现象和反直观行为等关键基础问题，开展全面和系统的理论分析、数值模拟和实验研究工作。将建立能合理预测爆炸容器弹塑性动力学行为的模型，通过实验揭示弹塑性动力学行为中的应变增长现象和反直观行为，探索材料非线性和结构非线性共同作用下的爆炸容器动力学特性，获得爆炸载荷、材料参数和壳体尺寸等关键因素对动力学过程的影响规律。本研究将对球壳的弹塑性动力学响应机理带来创新性的认识，有助于提高我国爆炸容器的基础研究水平和分析设计能力。研究成果能应用于国防、工业、科研和公共安全等领域，对增强国防实力和保障公共安全具有重要意义。

为了给球形金属爆炸容器的分析、设计和安全使用提供必要的理论指导，需要对球形金属爆炸容器的弹塑性动力学行为开展深入和系统的研究。.本项目以广泛用于军事和民用的球形金属爆炸容器为研究对象，对弹塑性动力学行为中的应变增长现象和反直观行为等关键基础问题，开展了全面和系统的研究工作。获得了爆炸载荷作用下爆炸容器弹塑性动力响应的分析计算和数值模拟结果，首个超压峰值、脉宽时间、结构振动周期、准静压幅值是弹塑性应变增长的关键影响因素，为解释爆炸容器弹塑性变形中的应变增长现象机理和深入认识爆炸载荷后续准静压的毁伤作用效果提供了参考。在材料非线性和几何非线性共同作用下的结构动力学行为研究中，发现了多次弹性振动后发生动力屈曲进入塑性的现象，该现象对于动力系数设计方法带来了挑战；发现了金属环壳结构弹塑性响应后的动力屈曲和应变增长现象，其中弹塑性加卸载后多次弹性等幅振动的幅值（而非首个最大塑性变形）是动力屈曲发生的关键因素。获得了球形金属爆炸容器中两个关键无量纲参数对反直观行为的影响规律，还发现圆柱壳在轴对称响应下的弹塑性变形过程中也会回到原位和发生反直观行为，对于爆炸容器的设计和使用带来了新的认识和思路。研究发现，发生反直观行为后也出现动力屈曲从而引发应变增长，因此，需要采用三维模型才能合理预测球形金属爆炸容器的弹塑性动力学行为。.本项基金关于壳体弹塑性动力学行为和机理的研究工作，对于揭示实验发现的纤维复合材料壳体结构中的动力屈曲和反直观行为机理具有重要作用，需要发展更加完善的分析模型来能预测复合材料爆炸容器的动态力学行为。.采用基于塑性变形设计的方法可以充分利用材料的塑性变形吸能，大幅度降低容器重量，在便携式抗爆箱和车载大当量抗爆容器研制中具有重要意义。针对可以进入塑性变形的爆炸容器，建议基于弹塑性动力学的基础研究工作，开展相应的爆炸容器分析设计方法和标准研究。