一种多开口抗内爆防护装置及设计方法与流程

本发明涉及冲击动力学，尤其是一种多开口抗内爆防护装置及设计方法。

背景技术：

1、爆炸是一个大量能量突然释放的过程，期间会形成强大的冲击波载荷、高温高压环境、大量粉尘等，若不采取有效措施进行防护，其对周边的环境、人员、建筑、设备等会形成一定范围的冲击破坏，常见的爆炸现象如国防军事领域中的兵器毁伤威力评估、危险化学用品的高危爆炸试验、工业建设中的煤矿爆炸等等。

2、利用抗爆防护装置来开展装药的爆炸试验或者危险化学用品的可能爆炸试验是一种科学有效的措施。常见的爆炸防护装置如爆炸容器，目前广泛应用于科学研究、国防军事、爆炸加工、公共安全等领域,如爆炸加工和爆炸实验研究。一般而言，爆炸容器通常用来开展小尺度规模试验，通常针对的是国防军事领域的小药量试验，而对于工程中常见的大药量毁伤评估威力评估试验、装药对结构的内爆毁伤试验、火箭推进剂舱及燃料电池等高危化学品的环境试验(试验中可能引起燃爆现象)等却难以开展，一方面该类型试验尺度较大，形成的爆炸冲击波载荷强，同时还可能伴随高速破片载荷，对抗爆装置提出的设计要求高；另一方面，由于需保证大试验结构物件进出，防护装置顶部需开设可拆卸同时具有抗爆性能的开孔结构，对设计提出了更苛刻的技术要求。

3、为此我们提出一种多开口抗内爆防护装置及设计方法。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，从而具有抗内爆、抗破片功能，可用于开展装药威力评估及结构毁伤的内爆试验、燃料电池等易燃易爆产品的高危爆炸试验。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，包括：

4、防护主体结构，其外侧设置有外加强筋，用于补强；

5、底板结构，固定在防护主体结构底部；

6、其中，防护主体结构顶部开设有开孔，防护主体结构在开孔上方设置有开孔盖板，开孔盖板与防护主体结构通过铰链进行连接。

7、其进一步特征在于：

8、所述防护主体结构包括顶板和四个侧板，顶板和侧板之间通过角钢进行加强。

9、所述外加强筋有大加筋和小加筋组合形成，外加强筋之间的间距小于1米。

10、相邻的小加筋之间的距离小于1米，相邻的大加筋和小加筋之间的距离小于1米。

11、所述开孔盖板与顶板内连接处设置有橡胶，用于保证气密性。

12、所述顶板在铰链的下方采用10mm的肘板进行补强。

13、一个所述侧板上设置有防爆舱门，防爆舱门采用扎扣式舱门。

14、所述侧板内侧设置有抗爆片复合材料板，抗爆片复合材料板通过螺栓与侧板进行固定连接。

15、所述防护主体结构上焊接有水密接头，用于测量导线的穿出。

16、本发明还公开了一种多开口抗内爆防护装置设计方法，包括如下步骤：

17、步骤一：确定抗爆防护装置防护指标，防护装置内最大爆炸药量w，最大级别的破片速度及质量；

18、步骤二：防护主体结构尺寸初步设计，采用理论评估方法初步设计防护主体结构的板厚、大加筋、小加筋的尺寸等参数，内爆过程中防护装置主要承受内爆过程中产生的强冲击波载荷、准静态压力载荷；

19、冲击波载荷作用下结构的变形计算公式如下：

20、

21、式中：l为防护主体结构长度；b为防护主体结构宽度；ai为系数，取225；h为防护主体结构平板厚度；a为防护主体结构长度一半；b为防护主体结构宽度一半；xi、yi、为外加强筋坐标位置；ayi为对应外加强筋截面积；

22、准静态压力载荷作用下结构的变形计算公式如下：

23、

24、

25、式中：v为防护装置体积；

26、将冲击波、准静态压力载荷联合作用下结构各构件的变形进行叠加，防护装置各个面的整体变形小于短边跨距的5％；

27、步骤三：抗爆片复合材料板的板厚设计，根据防护破片的速度、质量，设计抗爆片复合材料板的厚度；

28、钢板临界穿透的计算公式如下：

29、

30、式中：b为破片直径；m为破片质量；d为靶板板厚；k为穿甲复合系数，对于普通钢板，取68000；

31、抗爆片复合材料板的厚度根据具体复合材料抗破片性能与钢板抗破片性能比值确定；

32、步骤四：采用有限元方法对防护主体结构的尺寸进行校核、优化；根据模型主体参数建立有限元模型，对模型受载区域施加冲击波压力、准静态压力，其中冲击波压力载荷借助abaqus中的conwep模块进行添加，准静态压力载荷采用时程载荷曲线进行施加，假设准静态压力随时间线性衰减，通过理论公式确定准静态压力峰值及持续时间；

33、步骤五：开孔盖板与防护主体结构铰接连接设计，仿真计算中开孔盖板与防护结构主体采用tie连接，输出二者之间的接触力时间曲线，取接触力峰值对铰接连接结构进行设计，包括铰接的数量以及插销构件的数量。

34、本发明的有益效果如下：

35、本发明结构紧凑、合理，操作方便，多开孔抗爆防护装置可用于开展装药爆炸威力测量、装药对结构的内爆毁伤、燃料电池等危险品的高危爆炸试验，用途广泛，可重复使用。

36、同时，本发明还具备如下优点：

37、(1)具有可拆卸开孔盖板结构，可用于更换大尺寸试验件。

38、(2)多开孔抗爆防护装置兼具抗内爆、抗破片打击功能，可实现轻质高效防护功能。

39、(3)多开孔抗爆防护装置具有气密性功能，可避免爆炸过程中的有毒气体外放，保护周边人员设备设施。

技术特征：

1.一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述防护主体结构(1)包括顶板(101)和四个侧板(102)，顶板(101)和侧板(102)之间通过角钢进行加强。

3.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述外加强筋有大加筋(103)和小加筋(104)组合形成，外加强筋之间的间距小于1米。

4.如权利要求3所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：相邻的小加筋(104)之间的距离小于1米，相邻的大加筋(103)和小加筋(104)之间的距离小于1米。

5.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述开孔盖板(3)与顶板内(101)连接处设置有橡胶，用于保证气密性。

6.如权利要求2所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述顶板(101)在铰链的下方采用10mm的肘板进行补强。

7.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：一个所述侧板(102)上设置有防爆舱门(4)，防爆舱门(4)采用扎扣式舱门。

8.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述侧板(102)内侧设置有抗爆片复合材料板(7)，抗爆片复合材料板(7)通过螺栓与侧板(102)进行固定连接。

9.如权利要求1所述的一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，其特征在于：所述防护主体结构(1)上焊接有水密接头(5)，用于测量导线的穿出。

10.一种多开口抗内爆防护装置设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种多开口抗内爆防护装置及设计方法，包括防护主体结构，其外侧设置有外加强筋；底板结构，固定在防护主体结构底部；其中，防护主体结构顶部开设有开孔，防护主体结构在开孔上方设置有开孔盖板，开孔盖板与防护主体结构通过铰链进行连接，所述防护主体结构包括顶板和四个侧板，顶板和侧板之间通过角钢进行加强，所述外加强筋有大加筋和小加筋组合形成，相邻的小加筋之间的距离小于1米，相邻的大加筋和小加筋之间的距离小于1米，所述开孔盖板与顶板内连接处设置有橡胶，用于保证气密性。本发明用于开展装药爆炸威力测量、装药对结构的内爆毁伤、燃料电池等危险品的高危爆炸试验，用途广泛，可重复使用。技术研发人员：伍星星,王海坤,刘建湖,汪俊,唐佳炜,沈文妮受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心技术研发日：技术公布日：2024/7/29