[實(shí)用新型]一種互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020273698.1
• 申請(qǐng)日: 2010-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201744787U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史長(zhǎng)根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K20/26
• 分類號(hào): B23K20/26;B23K20/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及的是一種互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，在雙立爆炸焊接過(guò)程中，該防護(hù)裝置不僅可使兩復(fù)合板瞬時(shí)趨于靜止和可控狀態(tài)，從而不會(huì)產(chǎn)生大的變形破壞，而且進(jìn)一步削減了爆炸沖擊波對(duì)周圍環(huán)境的影響，屬于爆炸焊接和金屬材料綜合技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了充分利用炸藥的能量、削減沖擊波對(duì)周圍環(huán)境的不利影響，并能形成穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝，作者通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究發(fā)明了雙立式爆炸焊接方法。雖然雙立爆炸方法具有明顯的優(yōu)越性，但此方法要取代現(xiàn)有的方法進(jìn)入工業(yè)化和規(guī)模化應(yīng)用，還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——復(fù)合板兩側(cè)的防護(hù)問(wèn)題需須要解決。

由于爆炸焊接后復(fù)合板尚具有相當(dāng)大的飛行速度，如對(duì)兩側(cè)的防護(hù)結(jié)構(gòu)不進(jìn)行精確的計(jì)算模擬設(shè)計(jì)，則不僅將破壞已經(jīng)成功復(fù)合的復(fù)合板，而且很可能使爆炸焊接生產(chǎn)具有很大的危險(xiǎn)性和不確定性。因此通過(guò)研究雙立式爆炸焊接方法焊后復(fù)合板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、研究復(fù)合板與防護(hù)結(jié)構(gòu)之間的作用機(jī)理和變形規(guī)律，從而最終設(shè)計(jì)一種可多次使用的兩側(cè)永久防護(hù)結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的旨在通過(guò)理論計(jì)算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)一種可重復(fù)使用互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，從而使雙立爆炸焊接方法進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，最終使其實(shí)現(xiàn)節(jié)省2/3炸藥并進(jìn)一步削減沖擊波對(duì)周圍環(huán)境不利影響的目的。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案：

1、互鎖防護(hù)裝置總體方案設(shè)計(jì)

在雙立爆炸焊接裝置中，由于復(fù)合板焊接后向外側(cè)仍具有相當(dāng)大的運(yùn)動(dòng)速度，因此在兩對(duì)基板的外側(cè)必須設(shè)置兩塊防護(hù)板，以阻止復(fù)合板的飛行運(yùn)動(dòng)。

在復(fù)合板與防護(hù)板撞擊的過(guò)程中，為了保證二者均不會(huì)產(chǎn)生大的變形和破壞，防護(hù)板在材料選擇和厚度設(shè)計(jì)方面要保證其必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。

同時(shí)防護(hù)板要在撞擊后立即使復(fù)合板保持靜止?fàn)顟B(tài)，則防護(hù)板必須在受到復(fù)合板撞擊后仍處于固定狀態(tài)，本發(fā)明在兩塊防護(hù)板的外圍上下兩個(gè)位置分別設(shè)計(jì)兩塊方形箍環(huán)，兩箍環(huán)與兩防護(hù)板通過(guò)電焊連接或螺釘連接。一旦復(fù)合板自上而下與防護(hù)板撞擊時(shí)，兩防護(hù)板自上而下有向外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，其載荷分別作用在箍環(huán)與防護(hù)板連接的兩條邊上，由于兩邊的載荷是對(duì)稱的，則箍環(huán)起到鎖緊兩塊防護(hù)板的作用，這樣兩塊防護(hù)板連同與其連接的上下兩塊箍環(huán)都保持固定和靜止?fàn)顟B(tài)，從而阻止了兩復(fù)合板的飛行運(yùn)動(dòng)。由于最終載荷是作用在兩箍環(huán)上，箍環(huán)的材料選擇和截面設(shè)計(jì)必須保證其有足夠的強(qiáng)度克服復(fù)合板的飛行能量。

2、互鎖防護(hù)裝置計(jì)算機(jī)模擬

2.1模型建立

利用ANSYS/LS-DYNA軟件進(jìn)行有限元分析的第1步就是建立實(shí)體模型。現(xiàn)采用實(shí)體建模法建立炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)的三維立體模型。從排氣角度考慮，覆板越厚以及面積越大，炸藥的爆速就應(yīng)當(dāng)越低，并需要采用中軸對(duì)稱起爆法。由于炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)的模型為軸對(duì)稱，因此為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅對(duì)其1/2進(jìn)行建模分析。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，ANSYS軟件應(yīng)對(duì)分析的對(duì)象盡可能地簡(jiǎn)化，以期減少計(jì)算機(jī)時(shí)，節(jié)省計(jì)算機(jī)資源，故在不影響計(jì)算結(jié)果的情況下，將炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

2.2單元?jiǎng)澐?/p>

炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)均采用8節(jié)點(diǎn)solid164實(shí)體單元。在有限元模型中，將炸藥和空氣定義成流體，采用8節(jié)點(diǎn)的Euler單元描述，覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)采用8結(jié)點(diǎn)的Lagrang單元描述。模型的總結(jié)點(diǎn)數(shù)量為500000，總單元數(shù)量為400000。

爆炸焊接，一個(gè)重要的問(wèn)題就是要處理好流體與固體之間的相互作用。ALE網(wǎng)格既保持了Euler網(wǎng)格的特點(diǎn)又保持Lagrang網(wǎng)格的特點(diǎn)。ALE算法先執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)Lagrang時(shí)步計(jì)算，此時(shí)單元網(wǎng)格隨材料流動(dòng)而產(chǎn)生變形，然后執(zhí)行ALE時(shí)步計(jì)算：首先保持變形后的物體邊界條件，對(duì)內(nèi)部單元進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系不變；然后將變形中的單元變量(密度、能量、應(yīng)力張量等)和節(jié)點(diǎn)速度矢量輸運(yùn)到重分后的新網(wǎng)格中。用該方法可以將流體網(wǎng)格與固體網(wǎng)格方便地耦合，以處理結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜載荷條件下的相互作用問(wèn)題。

2.3材料模型

(1)炸藥

炸藥爆轟過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的化學(xué)物理過(guò)程。應(yīng)用LS-DYNA程序中HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型模擬高級(jí)炸藥的爆轟，爆轟產(chǎn)的等熵膨脹過(guò)程用JWL狀態(tài)方程進(jìn)行描述，其壓力P為：