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战斗部自动化生产线防殉爆结构及防殉爆效能研究

战斗部自动化生产线防殉爆结构及防殉爆效能研究

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作者：左亚帅中北大学

学位级别：硕士

基于生产效率的战斗部自动化生产线具有紧凑、密集、单位空间炸药当量大的特点,存在引发灾难性事故的安全隐患,致使工厂不得不使用以安全成产为前提的分散式战斗部生产线布局,使生产成本大增,制约了战斗部生产行业的发展,极大降低了国... 详细信息

基于生产效率的战斗部自动化生产线具有紧凑、密集、单位空间炸药当量大的特点,存在引发灾难性事故的安全隐患,致使工厂不得不使用以安全成产为前提的分散式战斗部生产线布局,使生产成本大增,制约了战斗部生产行业的发展,极大降低了国际市场竞争力。本文针对这一问题对战斗部自动化生产线防殉爆装置展开研究,对战斗部自动化生产有着重要的理论意义和工程价值。本文利用数值仿真的方法,在保证安全生产的基础上,以生产效率为目的对战斗部自动化生产线防殉爆装置进行研究,基于战斗部殉爆机理和爆轰理论,探究战斗部不同摆放方式以及不同防护屏障结构和不同防护屏障材料,对防殉爆装置防护效果的影响。本文主要研究内容如下:(1)对战斗部近场爆炸威力参数、冲击波传播规律和殉爆能量参数进行分析,确定了冲击波和破片是引起生产线上战斗部殉爆的主要原因。其中冲击波作用的主要影响因素为冲击波超压、正压作用时间、冲击波绕流和被发弹迎爆面积,破片作用的主要影响因素为破片速度和破片分布方式;并基于此结论开展后续的研究。(2)使用数值模拟的方法研究了战斗部摆放方式对冲击波和破片作用的影响,包括主被发战斗部均平行于地面摆放且朝向相同,均平行于地面摆放但朝向相反,均垂直于地面摆放,以及一枚垂直于地面一枚平行于地面四种情况。仿真结果表明,被发战斗部所承受的冲击波超压受摆放方式影响较小;主被发战斗部均垂直摆放时冲击波正压作用时间和被发战斗部反应度最小;破片撞击下被发战斗部反应度均到达1,即发生爆轰。使用层次分析法基于仿真结果对不同摆放方式的防殉爆效能进行评定,综合考虑防护效果、夹持成本、设备占地等因素,计算结果显示,主被发战斗部均垂直摆放时所占权重最大,约为35.67%。表明主被发战斗部均垂直与地面的摆放方式更适用于实际生产中。(3)研究了弧形截面、矩形截面和三角形截面的防护屏障对冲击波绕流的影响,通过对比隔板后冲击波超压和正压作用时间,得出弧形截面隔板对冲击波作用具有最好防护效果,但所占面积最大;矩形截面隔板的防护效果略低于弧形隔板,但所占面积最小。考虑防护效果、占地面积、加工成本等因素,根据仿真结果对不同截面形状的隔板进行两两比较,计算其防殉爆效能,计算结果为矩形隔板所占权重最大,约为50.5%,表明矩形截面隔板在综合考虑各因素影响后具有最佳性能。研究了防护屏障几何参数对冲击波绕流的影响,确定了隔板长度和高度与爆心距之间的关系,认为隔板高度为1.25倍爆心距、隔板长度为2倍爆心距为优。由于隔板厚度与材料关系密切,故将隔板厚度与隔板材料一起进行研究。(4)选用铝板、钢板、钢-铝层压板和AL-CFRP板四种材料,利用数值模拟的方法,确定了不同比例距离下各材料隔板的最小厚度,并对其进行非线性曲线拟合,得到了不同材料隔板的厚度的计算公式。对不同材料隔板的防护效果进行了仿真,仿真结果表明钢板和钢-铝层压板对冲击波和破片都具有较好的衰减作用,速度为3500m/s直径为20mm的铝球撞击5mm钢板后,速度衰减为1435.9m/s衰减率约为58.97%,撞击同厚度钢-铝层压板后,速度衰减为1745.6m/s衰减率约为50.13%;根据仿真结果综合考虑材料成本、防护效果、隔板重量等因素,使用层次分析法在不同材料隔板中选取最优材料,计算结果为钢-铝层压板所占权重最大,约为32.92%,表明综合上述各因素来说钢-铝层压板在四种材料中最优。(5)根据上文分析结果,同时参考智能化弹药装配生产线,构建防殉爆装置整体结构并验证其防护效果,其中战斗部采用垂直摆放方式,隔板采用矩形截面的钢-铝层压板,战斗部间距的确定以隔板最小体积为依据,隔板体积最小时,战斗部间距约为280mm,防殉爆装置采用导轨运输的方式。基于防殉爆装置整体结构研究隔板和不同结构的导轨在爆炸作用下的变形情况,结果表明除直接承受爆炸作用的隔板外,其他隔板的变形情况可忽略不计,采用导轨长度为0.5倍工作平台长度的分段式导轨具有最小的变形范围和最小更换维修成本。对比分散式战斗部生产线布局,本文的防殉爆装置在保证安全生产的前提下兼顾了生产效率,满足战斗部自动化生产安全、高效的需求。本文研究结果对密集型战斗部自动化生产线的建造和安全投产有一定的理论意义和工程价值。

关键词：战斗部生产线防殉爆摆放方式隔板结构隔板材料

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