高溫氣體激波管用平板刻槽膜片的爆破性能分析

成鵬飛，許 崗?，童念雪，梁志剛，程 帥，孫嘉麟

(1.西安工業(yè)大學材料與化工學院，西安710021；2.西北核技術研究所，西安710024)

激波管是常見的爆炸力學研究平臺，廣泛應用于爆炸沖擊波模擬、高超聲速風洞和高溫氣體物理化學試驗等領域[1-4]。理想激波管是一根一端或兩端都封閉的管道，中間被膜片分為驅動段和被驅動段，充入相同或不同的氣體，利用壓力差將膜片壓破，在膜片破裂處產(chǎn)生驅動段向被驅動段的激波。資料顯示，激波管產(chǎn)生沖擊波的性質與驅動被驅動氣體的種類、狀態(tài)及管體結構等因素密切相關[5-8]。在激波管裝置及驅動氣體確定的情況下，膜片的爆破壓力和爆破過程對產(chǎn)生的激波性質有顯著的影響[4-15]。

激波管內(nèi)膜片的作用類似于壓力容器中的爆破片。因此，膜片在選材及結構設計上多借鑒爆破片的選擇標準。工程上，對于膜片爆破性能的研究主要采用爆破試驗，但爆破試驗成本較高，危險性強[9-10]，不適宜重復開展大量試驗，因此，有限元方法是開展此類研究的有效手段[11-21]。Eskandari[17]利用有限元方法對一種壓力容器圓盤切向表面裂紋的應力強度因子進行了研究，發(fā)現(xiàn)裂紋長徑比和深度對破裂壓力及形態(tài)影響顯著。胡軍科[18]等采用有限元方法發(fā)現(xiàn)CO2致裂筒中刻槽寬度與刻槽形狀對極限壓力影響不大，刻槽深度對極限壓力影響最為顯著。丁信偉等[19]模擬了一種徑向帶槽的拉伸型膜片的變形過程，發(fā)現(xiàn)應力最大值在溝槽的根部徑向10%～22%位置上，極限載荷與槽底剩余厚度呈線性關系。……