[发明专利]一种空心环形柔性防爆结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种空心环形柔性防爆结构及其设计方法。本发明对空心环形柔性防爆结构的对内爆炸冲击波与破片的联合作用规律进行了深入理解与全面分析，进而基于该种防爆结构的防爆机理，给出了防爆结构的设计过程和设计结果，该设计过程既考虑了联合作用效应，又把握了每个参数的主控因素；参数确定思路清晰明确，可靠高效。因此本发明公开的设计方法全面深入，逻辑性强，可为柔性防爆装备的高效经济设计提供科学系统的指导。

技术领域

本发明涉及防爆装置结构设计技术领域，具体涉及一种空心环形柔性防爆结构及其设计方法。

背景技术

近些年来，柔性防爆装备由于其基于低密度结构脆弱材料，在爆炸载荷作用下容易发生解体碎化，不会产生二次杀伤性碎片，具有较强的安全性和应用前景，越来越多地被应用于爆炸物处置。常见的空心环形柔性防爆装备，如防爆桶、防爆罐、防爆围栏(毯)和防爆挡墙等，主要由一端开口的中空桶体和配套的盖体构成，通过桶体、盖体的材料、尺寸等设计，达到防止爆炸泄露的作用。现有的空心环形柔性防爆装备，桶体的主体防护结构由内部的液体层和外部的纤维复合材料层组成；盖体的防护主体防护结构为液体层。其中，桶体的液体层配合盖体用于削弱内爆炸冲击波、熄灭爆炸火焰，桶体的液体亦有降低高速破片速度的功能；而桶体的纤维层用于完全捕获破片。现有的空心环形柔性防爆装备的设计方法，多从经济性角度、基于单一载荷(破片或冲击波)进行设计，未考虑破片与冲击波的耦合效应，因此目前仍缺乏一种考虑破片、冲击波耦合效应的设计方法，用于指导科学合理地设计空心环形柔性防爆装备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空心环形柔性防爆结构及其设计方法，能够充分考虑破片和冲击波的耦合效应，可有效拦截所有爆炸破片，安全距离3.5m处，冲击波压力峰值能够降低至人体无伤标准0.03MPa以下，防护效果好。

本发明的空心环形柔性防爆结构，包括一端开口的中空桶体和盖体，其中，桶体由内至外包括液体层和纤维层；所述桶体的内径为能容纳爆炸物或爆炸物存放设备的最小尺寸；桶体的高度为能拦截所有破片的最小高度；桶体液体层的面密度为避免初始冲击波向外泄露的最小面密度；桶体纤维层的面密度为完全捕获破片的最小面密度；盖体的面密度为导致侧向冲量最小的临界面密度。

较优的，所述桶体的高度H为

H＝(D+2T)·tanθ+150

其中，D为桶体(1)的内径；T为桶体(1)的厚度，取为100mm；θ为爆炸物飞散角。

较优的，桶体液体层避免初始冲击波向外泄露的最小面密度由数值模拟或实验确定。

较优的，液体层面密度A_b为：

A_b＝A_bmin,r(m_e/m_e,r)^1/3(H/H_r)/(D/D_r)

其中，m_e,r为已知的特定爆炸物的TNT当量；H_r和D_r分别为已知的特定防爆装置的高度和内径；m_e为本防爆结构拟防护的爆炸物TNT当量，H和D分别为本防爆结构的高度和内径。

较优的，桶体纤维层的完全捕获破片的最小面密度由弹道冲击实验确定；弹道冲击实验中，破片以初速V_br冲击用所述纤维层的材料制备的靶板，

其中，V_0max为破片在爆炸物爆炸驱动下的最大初速；V_b0为桶体液体层在爆炸物爆炸冲击波加载下的平均初速；m_P为破片质量，S为破片最大截面积，C_d为无量纲拖曳系数，A_b为液体层面密度。