线式爆炸分离过程的关键力学问题研究

线式爆炸分离装置是实现航天器级间分离、整流罩分离、有效载荷与运载工具分离等的关键元件，其可靠性甚至控制着发射任务的成败。在工作过程中，分离装置的主要构件均受到局部强动载作用，涉及非对称结构的内爆动力学过程；对于起保护作用的保护罩,允许裂纹产生但不允许裂纹稳定传播或出现由于裂纹传播导致崩裂的情况；而对分离面，要求裂纹快速响应并能稳定传播，实现可靠分离，这是强冲击加载下弹塑性材料的动态断裂问题。本研究针对典型柔性导爆索爆炸分离装置，根据爆炸分离过程的特点，研究非对称结构内部爆炸的能量分配，强动载下弹塑性材料的损伤机制，裂纹起裂、传播和止裂等问题，并通过对分离面及保护罩材料的动态力学性能研究，获得结构破坏机制与关键材料参数的联系，为分离装置的结构设计和材料选型提供科学依据。本研究不仅对分离装置的工程设计具有重要的指导意义，而且对力学中相关学科如爆炸力学和断裂动力学的交叉与应用具有很好的促进作用。

分离装置是航天发射运载系统不可或缺的重要组成部分，分离可靠性也是关乎发射成败的直接因素。本项目针对如何科学、高效设计分离装置的现实需求，研究柔爆索（MDF）线式爆炸分离过程中的爆炸能量分配、构件抗爆性能和弹塑性动态断裂等关键力学问题。通过分离过程能量传递分析得到了影响爆炸分离过程中的能量分配规律；通过研究爆炸分离过程保护罩的抗爆性能分析了爆炸分离过程的环境安全性；通过研究分离板的弹塑性动态断裂过程分析了爆炸分离过程的功能可靠性；进一步根据实际工程的需求，研究了分离碎片对飞行主体的安全性问题；基于分离过程机理分析得到了分离结构材料和结构的关键控制参数。.科学上，通过本项目研究探索并建立了系列分析方法，包括非对称结构内爆过程能量分配理论分析和试验验证方法，结构内冲击波传播规律和损伤积累描述，含缺陷结构动态断裂分析和试验模拟方法等；揭示了非对称结构内爆过程能量分配规律和结构破坏机理，以及滑移爆轰下分离板等效梁碎裂的力学机制。应用上，建立了无量纲参数对保护罩损伤和分离过程可靠性进行评估，获得的能量分配规律、材料动态参数和结构损伤机制可以指导分离安全性设计；基于动态力学的理论、方法和结论，本质上提高了现有分离装置设计的可靠性。.项目还初步构建了基于材料动、静态力学性能参数和分离结构参数、考虑爆炸分离过程物理机制的线式爆炸分离装置结构分析设计软件，研究成果可以直接支撑航天运载系统爆炸分离装置的工程设计。