1-31 内部爆轰加载下大尺寸柱形壳体断裂

王德生 韩长生 孙学林 胡八一 王 健

　　内部爆轰加载条件下的柱壳断裂，是典型的动态断裂问题。以前，受到测试条件的限制，爆轰实验装置设计成小尺寸或将大尺寸装置按1:2、1:4尺寸缩比进行装置设计。本文采用高速分幅摄影测试方法，研究了大尺寸柱形壳体的变形和断裂，给出了壳体的断裂部位和断裂时间实测值。

　　实验壳体为45^#钢，外壳f 260mm´400mm´5mm，主药柱f 250mm´300mm，加装f 32mm´11mm起爆药柱。采用高速分幅摄影完成实验研究，在该高速分幅照相测试中，反光镜与相机距离约40m，采用爆炸驱动氩气照相光源^[6]作后照明光源，它由雷管、传爆药、激发炸药、氩气袋和带孔遮光板组成。

　　为避免壳体动态相重复曝光，在FJZ–250高速分幅相机与反光镜之间光路上，增加了粉末快门结构件。在实验中，为拍摄更多的动态相照片，实验装置雷管比时标信号雷管提前起爆15ms，时标信号雷管比氩气照明光源雷管预计延迟起爆40ms，并用二台E324数码仪实测其时间值，每一发实验装置可拍摄到40幅壳体膨胀运动图像，实验时取幅间时间间隔1.33ms，装置雷管比时标信号雷管提前起爆时间实测值为14.6ms。

　　实验结果表明，在起爆端炸药端面处附近，在43.9ms时刻，壳体首先出现垂直于柱轴方向的断裂；在53.3ms时刻，在壳体最大膨胀处（离炸药起爆端面57.5mm）出现膨胀断裂。

　　经分析，在炸药端面附近，沿轴向存在较大的压力差，在等壁厚壳体情况下，在该部位沿轴向存在较大的壳体径向速度差，导致了在该部位出现垂直于柱轴方向的断裂。对于内部爆轰加载条件下的壳体，在壳体最大膨胀处通常会出现膨胀断裂，这是由于壳体在往外膨胀时，在壳体内形成沿圆周方向的圆周应力、沿半径方向的径向应力和沿柱轴方向的轴向应力，在圆周应力作用下壳体出现沿圆周方向的膨胀断裂，膨胀断裂时间与炸药成分、壳体材料及材料热处理条件和壳体壁厚等因素有关。

　　实验结果还表明，在研究大尺寸实验装置壳体断裂时，所采用的高速分幅照相测试技术是可行的，可应用于类似尺寸壳体断裂研究中。