复合柔性结构对爆炸能的防护机理与判据研究

针对爆炸恐怖袭击、涉爆刑事犯罪的随机性和不确定性- - 爆炸物触发方式未知、爆炸位置随机、爆炸当量难以准确判断，现有处置方式存在严重缺陷。本课题以一线公安干警反恐防爆行动中所面临的处置爆炸物难题作为应用背景，给出一种复合柔性结构，可方便携行、现场模块化组装。探索由多种复合材料介质与混合液组成的防爆复合柔性结构的新概念和新方法，研究其对爆炸能的防护机理，应用应力波理论和气固液耦合动力学理论，通过数值仿真和试验，研究复合材料各自性能及其力学表征，以及复合柔性结构对爆炸波/冲击波的响应规律和能量吸收耗散规律，研究复合柔性结构防爆炸、抗冲击的影响因素、复合结构模型、试验方法及判据等一系列关键技术，得到高效安全处置爆炸物的复合柔性结构的防护机理和防护效能评价方法。本课题获得的成果将为工程应用提供理论指导和科学依据。

本项目以提高反爆炸恐怖袭击处置能力为应用背景，针对爆炸恐怖活动的随机性和不确定性，尤其是在一些人员聚集区发现爆炸物的情况下，如何快速有效、积极稳妥处置爆炸物的问题，研究提出了采用高弹性聚脲材料（SPUA）、芳纶材料和高水速凝胶体材料(HSSN)液体介质形成复合柔性结构，对其相关特性、设计和应用方法等进行了研究，具有重大的理论意义和工程应用价值。. 系统研究了SPUA材料的力学行为，建立了SPUA材料的静态力学模型；通过采用SHPB试验方法，研究了SPUA材料应变率相关特性，建立了SPUA材料的静动态力学模型，以及基于Mooney-Rivlin模型的高弹性本构模型。研究了SPUA材料与芳纶材料复合结构的静态力学特性。试验和研究表明，复合材料充分发挥了芳纶材料强度高、弹性小，SPUA材料强度低、弹性好的优势，既增加复合材料强度又具高弹性性能。. 研究了HSSN材料在防爆现场快速配置的方法，验证了现场快速配制成型的可行性。采用SHPB压杆试验进行动力学性能实验，获得了不同浓度胶体材料的应力-应变曲线，结果表明胶体材料具有应变率相关特性。建立了适合HSSN胶体材料的本构关系模型，建立了胶体材料不同配比下的动态本构关系，为复合结构中的液体配比选择提供科学依据。. 研究了复合柔性结构防破片冲击效能，并用试验进行了验证。结果表明能防止爆炸破片的破坏作用，使其破片飞散动能大幅降低。.采用数值模拟的方法研究了爆炸冲击波作用下复合柔性结构的抗爆响应特性，并用试验进行了验证，可以达到在比例距离为2.08处使冲击波超压峰值降低70%以上的设计要求。提出了采用人员等效靶变形表征复合柔性结构抗爆效果的试验方法，验证了其良好抗爆性能。提出了复合柔性结构在一级和二级防护等级下的抗爆设计准则，及其原理样机的设计思路和应用方法。