[發明專利]一種空心環形柔性防爆結構及其設計方法

在審

• 申請號: 202010081940.3
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111174657A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 黃廣炎;馮順山;朱煒;黃風雷;陳鵬萬;王海福;龍飛舞;田廣衛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;湖南艾爾防務技術有限公司
• 主分類號: F42D5/045
• 分類號: F42D5/045;G06F30/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種空心環形柔性防爆結構及其設計方法。本發明對空心環形柔性防爆結構的對內爆炸沖擊波與破片的聯合作用規律進行了深入理解與全面分析，進而基于該種防爆結構的防爆機理，給出了防爆結構的設計過程和設計結果，該設計過程既考慮了聯合作用效應，又把握了每個參數的主控因素；參數確定思路清晰明確，可靠高效。因此本發明公開的設計方法全面深入，邏輯性強，可為柔性防爆裝備的高效經濟設計提供科學系統的指導。

技術領域

本發明涉及防爆裝置結構設計技術領域，具體涉及一種空心環形柔性防爆結構及其設計方法。

背景技術

近些年來，柔性防爆裝備由于其基于低密度結構脆弱材料，在爆炸載荷作用下容易發生解體碎化，不會產生二次殺傷性碎片，具有較強的安全性和應用前景，越來越多地被應用于爆炸物處置。常見的空心環形柔性防爆裝備，如防爆桶、防爆罐、防爆圍欄(毯)和防爆擋墻等，主要由一端開口的中空桶體和配套的蓋體構成，通過桶體、蓋體的材料、尺寸等設計，達到防止爆炸泄露的作用。現有的空心環形柔性防爆裝備，桶體的主體防護結構由內部的液體層和外部的纖維復合材料層組成；蓋體的防護主體防護結構為液體層。其中，桶體的液體層配合蓋體用于削弱內爆炸沖擊波、熄滅爆炸火焰，桶體的液體亦有降低高速破片速度的功能；而桶體的纖維層用于完全捕獲破片?，F有的空心環形柔性防爆裝備的設計方法，多從經濟性角度、基于單一載荷(破片或沖擊波)進行設計，未考慮破片與沖擊波的耦合效應，因此目前仍缺乏一種考慮破片、沖擊波耦合效應的設計方法，用于指導科學合理地設計空心環形柔性防爆裝備。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種空心環形柔性防爆結構及其設計方法，能夠充分考慮破片和沖擊波的耦合效應，可有效攔截所有爆炸破片，安全距離3.5m處，沖擊波壓力峰值能夠降低至人體無傷標準0.03MPa以下，防護效果好。

本發明的空心環形柔性防爆結構，包括一端開口的中空桶體和蓋體，其中，桶體由內至外包括液體層和纖維層；所述桶體的內徑為能容納爆炸物或爆炸物存放設備的最小尺寸；桶體的高度為能攔截所有破片的最小高度；桶體液體層的面密度為避免初始沖擊波向外泄露的最小面密度；桶體纖維層的面密度為完全捕獲破片的最小面密度；蓋體的面密度為導致側向沖量最小的臨界面密度。

較優的，所述桶體的高度H為H＝(D+2T)·tanθ+150

其中，D為桶體(1)的內徑；T為桶體(1)的厚度，取為100mm；θ為爆炸物飛散角。

較優的，桶體液體層避免初始沖擊波向外泄露的最小面密度由數值模擬或實驗確定。

較優的，液體層面密度A_b為：

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

其中，m_e,r為已知的特定爆炸物的TNT當量；H_r和D_r分別為已知的特定防爆裝置的高度和內徑；m_e為本防爆結構擬防護的爆炸物TNT當量，H和D分別為本防爆結構的高度和內徑。

較優的，桶體纖維層的完全捕獲破片的最小面密度由彈道沖擊實驗確定；彈道沖擊實驗中，破片以初速V_br沖擊用所述纖維層的材料制備的靶板，

其中，V_0max為破片在爆炸物爆炸驅動下的最大初速；V_b0為桶體液體層在爆炸物爆炸沖擊波加載下的平均初速；m_P為破片質量，S為破片最大截面積，C_d為無量綱拖曳系數，A_b為液體層面密度。