高速破片撞击充液容器形成液压水锤及其毁伤机理研究

摘要

本文以数值计算和试验相结合的方法研究了液压水锤形成过程、液体内气腔特性、压力分布、破片速度衰减规律、容器壁面的变形以及充液容器内液体填充量、破片撞击动能和液体介质类型对液压水锤效应的影响。 结果表明:破片穿透充液容器前壁面后，撞击水面形成一个半球面波并沿着破片运动方向向前传播;且初始冲击波波阵面上不同方位处压力不等。破片在水中的运动规律可以按指数衰减表示;在破片后方形成圆锥形气腔，其直径和长度随破片的运动而增大，气腔长径比先随破片运动而增大，最终趋于4.77～4.84之间。破片头部的压力最大，两侧的压力沿破片运动方向是对称分布的;随着破片水中运动，液体内的压力增大。破片撞击动能不同，充液容器前后壁面的破坏程度不同。随着破片撞击动能的增大，容器前后壁面的破坏程度可分为3个等级，即破片撞击动能小于1191J时，前后壁面均未出现裂纹;破片撞击动能介于1191J和8152J之间时前壁面没有出现裂纹，后壁面出现裂纹;破片动能大于8152J时，前后壁面均出现裂纹，且后壁面呈花瓣式开裂。充液容器的前后壁面的最大变形量随破片撞击动能的增加而增大。且破片撞击动能越高，充液容器壁面出现的总裂纹数量越多。破片撞击分别装满水、柴油和航空煤油容器的过程中，装有水介质的容器内的液压水锤对容器的破坏最严重，柴油次之，装有航空煤油的容器壁面破坏程度最小。容器内充液比的升高，液压水锤对壁面的破坏作用逐渐增强。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1液压水锤及其研究意义

1．2液压水锤效应的研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3本文主要研究内容

2液压水锤的形成过程及其特性

2．1液压水锤的形成过程及现象

2．2建立有限元模型

2．3高速破片对容器壁的侵彻过程

2．4液体中的冲击波及其传播规律

2．5高速破片拖拽阶段的运动规律

2．6液体中的气腔及特性

2．6．1气腔的形成

2．6．2有限元模型建立

2．6．3气腔特性试验

2．6．4试验结果

2．6．5数值计算与试验结果对比

2．6．6破片撞击速度对气腔特性的影响

2．7破片能量的分配规律

2．7．1侵彻阶段能量损耗

2．7．2拖拽阶段的能量损耗

2．7．3穿出阶段的能量损耗

2．7．4冲击阶段的能量损耗

2．8本章小结

3容器壁所受载荷及毁伤研究

3．1容器壁面所受载荷分布

3．2破片撞击动能对壁面载荷的影响

3．3容器壁面的响应及毁伤

3．4不同撞击动能破片下容器壁面的响应

3．4．1容器前后壁面变形情况

3．4．2前后面板穿孔直径

3．5不同动能破片射击充液容器试验

3．5．1试验布置与试验结果

3．5．2数值计算与试验结果对比

3．6破片动能与壁面毁伤的关系

3．6．1破片撞击动能与容器面板变形量的关系

3．6．2破片撞击动能与容器壁面裂纹数量的关系

3．7本章小结

4容器充液比对液压水锤效应的影响

4．1容器内充液比对气腔特性的影响

4．2不同充液比容器内破片的运动规律

4．3冲击波分布及大小

4．4容器壁面所受载荷

4．4．1容器前后壁面应力分布

4．4．2容器前后壁面压力分布

4．5容器壁面的毁伤情况

4．6高速破片撞击不同充液比容器的试验

4．6．1试验结果

4．6．2试验与仿真对比

4．7本章小结

5液体介质对液压水锤效应的影响

5．1破片动能在不同液体介质中的损耗

5．2不同液体介质中破片速度的衰减规律

5．3液体介质类型对气腔特性的影响

5．3．1气腔形态

5．3．2气腔长度和直径变化

5．3．3气腔长径比

5．4不同液体介质中冲击波强度及容器壁面上压力分布的影响

5．5液体介质类型对容器毁伤的影响

5．5．1破片撞击充满不同液体介质类型容器后容器前后壁面的变形量

5．5．2液体介质对容器前后面板穿孔直径的影响

5．6高速破片撞击充满不同液体介质容器试验

5．6．1试验结果

5．6．2试验与数值计算结果对比

5．6．3破片动能对容器前后面板的最大变形量的影响

5．7本章小结

6总结

6．1结论

6．2存在的问题

致谢

参考文献

附录