薄膜测压装置设计及其响应特性研究.pdf

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1、薄膜测压装置设计及其响应特性研究王川2015年1月中图分类号：TQ792UDC分类号：662薄膜测压装置设计及其响应特性研究作者姓名王川学院名称机电学院指导教师李建平答辩委员会主席刘庆明教授申请学位工学硕士学科专业安全科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignandStudyontheResponseCharacteristicsofthePressureMeasuringDevicewithFilmCandidateName：ChuanWangSchoolorDepartment:Schoolo

2、fMechatronicalEngineeringFacultyMentor:JianpingLiChair,ThesisCommittee：Prof.QingmingLiuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：SafetyScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成

3、果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要爆炸冲击波是评价各类爆炸类武器威力的主要指标之一，评价爆炸压力场中冲击波威力大小对于工程防护以及武器研发都有重要意义。本文根据材料的强度尺寸效应，设计一种可约束不同尺寸薄膜的固定装置，以实验和仿真计算的方式研究不同尺寸的薄膜材料在

4、冲击载荷作用下的响应特性，确定冲击波威力与材料强度、直径的关系，以期用该装置和薄膜材料评价爆炸压力场以及毁伤效应。根据冲击波的传播和反射的理论基础，设计合理的薄膜固定装置，并通过实验对其进行优化，最终确定装置结构。装置可约束直径10~30mm共5种尺寸的薄膜，并通过实验优选出防潮纸材料为实验中使用的薄膜材料。以激波管和冲击波压力测试系统为实验平台，研究周边约束下的防潮纸材料的响应特性和破坏情况。引入ROC曲线分析方法对冲击波作用下薄膜破坏结果进行处理，确定薄膜破裂的准则为峰值超压毁伤准则，并标定了3种不同种类防潮纸在不同尺寸条

5、件下的破坏超压阈值；同时，对防潮纸薄膜的响应过程的简化模型进行理论分析，得到了影响防潮纸薄膜破坏的主要因素：薄膜破坏临界冲量与薄膜直径成反比，与薄膜径向最大拉应力和应变、薄膜厚度成正比。基于RADIOSS对周边约束条件下的防潮纸薄膜的工作模态进行计算，得到薄膜一阶固有频率随薄膜直径的增大而减小的规律；结合冲击波能量谱的分布特征和防潮纸薄膜的固有频率，将冲击载荷作用下的薄膜破坏分析从时域转移到频域内进行分析。结果表明：随着防潮纸薄膜直径的增大，薄膜固有频率从2553Hz减小至283.7Hz，从而逐渐进入冲击波能量的主要频率分布范

6、围，使得薄膜更易破坏。根据本文标定的防潮纸破坏超压阈值，薄膜测压装置能有效评价超压在0.05125MPa~0.26016MPa的爆炸压力场的威力，并可以结合冲击波作用下生物器官损伤程度用以模拟生物在冲击波作用下的毁伤效应。关键词：薄膜材料；爆炸压力场；冲击波；威力评价I北京理工大学硕士学位论文AbstractExplosionshockwaveisoneofthemainindexesforevaluatingpowerofexplosiveweapons,Theevaluationofshockwavestrengthine

7、xplosionpressurefieldisimportantfortheengineeringprotectionanddevelopmentofweapons.Thispaperbasedonthesizeeffectofstrengthofmaterials,designafixingdevicewhichcanconstraintfilmswithdifferentsizes,studytheresponsecharacteristicsoffilmmaterialswithdifferentsizesunderth

8、eimpactloadingbyexperimentalandsimulationcalculationmethod,determinetherelationshipbetweenpowerofshockwaveandthestrength,diameterofmateria