复合材料抗爆容器动力学响应机理研究

Mechanism investigations of dynamic response of anti-explosion container made of oriented glass-plastic composites under an internal explosive load involve fields such as explosion mechanics, structural impact dynamics, material science and so on. There is theoretically and practically important for dynamic response of the composite and for design of the fiberglass plastic container. In this project, As the target object, fiberglass plastic container will be studied in the way of experiment, theoretical analysis and numerical simulation. Effects of parameters, such as explosive loading, material, woven structure and structure size on dynamic behavior of fiber-plastic container will be emphasized. Failure mechanism for the glass-plastic container under internal explosive loading is derived, and the failure criterion will be established. The results can be applied for design of anti-explosion container.

复合材料抗爆容器在内爆载荷作用下的动力学响应机理研究涉及爆炸力学、结构冲击动力学、材料学等学科领域，对复合材料动态力学行为研究和复合材料抗爆容器的设计具有重要的理论价值和实际意义。本项目以复合材料抗爆容器为研究对象，通过实验、理论分析和数值计算，系统研究复合材料抗爆容器在内爆载荷作用下的动力学响应机理，着重分析爆炸载荷、材料、缠绕方式和结构尺寸等参数对抗爆容器动态响应规律的影响，揭示复合材料抗爆容器在内部爆炸载荷作用下的破坏机制，建立相应的失效准则，为复合材料抗爆容器的设计提供参考。

抗爆容器作为一种能有效将爆炸危害限制在容器内部的装置，已广泛用于工业、军事和科研中。纤维增强复合材料具有高强度低密度等优点，在压力容器和抗爆容器应用中展示了其优良的性能。纤维复合材料抗爆容器通常由金属内衬和外部缠绕的纤维层组成。本课题针对复合材料抗爆容器在内部爆炸载荷作用下响应和破坏开展研究，揭示其破坏机制，提出相应的失效准则，为复合材料抗爆容器的设计提供理论基础。.利用分离式Hopkinson拉杆开展了单向玻璃纤维和碳纤维增强树脂基复合材料的动态拉伸力学性能研究，结果实验表明两种纤维复合材料在400-2000s-1均有明显的应变率强化效应。玻璃纤维复合材料强度比碳纤维复合材料强度低，但断裂应变比碳纤维高，断裂时的应变能比碳纤维高。实验后拍摄试件断裂表面SEM照片，利用照片分析了单向玻璃纤维复合材料断裂应变大断裂应变能高的原因。并确定了采用玻璃纤维制作复合材料圆筒。.开展了玻璃纤维复合材料圆筒和等尺寸等面密度不锈钢金属圆筒的内爆实验和数值模拟研究，利用三维数字散斑技术测量了筒壁的形变历程，结果显示：不锈钢由于屈服极限较低，在较小的内爆载荷作用下中心横剖面处金属筒在环向就进入了屈服变形状态，纤维材料的比强度高，纤维层变形处于弹性变形状态，筒壁会发生膨胀和收缩，但在往复变形过程中幅值衰减很快。在80g和100gTNT药量内爆下，纤维的最外层环向缠绕层发生了破坏，从直观上看，复合材料圆筒的破坏最先是从其最外测的环向缠绕层开始。.在实验和数值理论分析的基础上，建立了复合材料圆筒在内爆载荷作用下各分层变形过程的模型，利用模型分析在内爆载荷复合材料圆筒的破坏机理，与实验结果相符合。在此基础上，提出了柱形抗爆容器适用强度准则为最大应变准则，利用冲击动力学和振动力学的理论开展了柱形复合材料抗爆容器的理论设计研究。.