3-8  模拟X射线作用于圆锥壳载荷的柔爆索加载技术

邓宏见  周  擎  何颖波  闫  渊  何荣建  毛勇建

在软X射线辐照作用下，物体表层瞬时形成大量的能量沉积，使材料受照部分表层发生熔化、汽化，出现物质的反冲喷射现象，产生喷射冲量载荷，使结构发生动态弹塑性变形、动屈曲等，实验室模拟X射线作用下的结构响应是重要的研究方法。在文中小尺寸、圆柱壳柔爆索加载技术的基础上，研究解决了圆锥壳体的柔爆索加载三维载荷设计方法、模拟自由边界的柔爆索加载实施方法、爆炸粒子的有效防护方法、爆炸粒子线动量标定方法和大尺寸锥壳结构的加载等效性等关键技术，发展建立了模拟X射线作用载荷的柔爆索加载三维设计与实验方法。

由于柔爆索爆炸粒子运动比较复杂，首先对柔爆索爆轰物理过程和爆炸粒子运动进行了适当假定与简化，根据微分原理推导了单根柔爆索作用在平面内的冲量载荷，用解析法求出了多根柔爆索作用于圆锥面上微元的冲量载荷，建立了三维锥壳结构的柔爆索模拟X射线余弦分布载荷的优化设计理论，采用经改进的变尺度优化方法和高斯数值积分对柔爆索排布位置进行了优化设计，设计计算结果表明：对圆锥壳结构利用柔爆索模拟的载荷与余弦分布载荷相当一致，仅在90°附近模拟载荷略大于余弦分布载荷。

引入了线动量概念(柔爆索的线密度与爆炸粒子速度的乘积)，设计了线动量标定实验，建立了线动量计算方法，研究确定了线动量标定装置的相关参数，获得了重复性较好的线动量标定结果，为加载载荷设计提供了基本参数。

为防护柔爆索爆炸产生的金属粒子对壳体表面的冲击破坏，实验研究确定了两种防护层，获得了很好的防护效果，同时，该防护层还能有效地消除爆炸粒子的切向载荷对结构响应的影响。

采用数值模拟方法，研究了柔爆索载荷分布与标准余弦分布载荷所引起圆锥壳结构响应的差异。实验研究了等长与不等长(可减少爆炸粒子的相互作用)、不同柔爆索爆炸粒子粒径大小、不同防护层对圆柱壳结构响应的影响以及柔爆索加载作用下的圆锥壳的结构响应，结合数值模拟结果，分析柔爆索加载与X射线作用载荷下的结构响应差异，表明两种载荷所引起的结构响应特征相同，柔爆索加载能够较好地模拟X射线作用载荷的空间分布。

研究分析表明：模拟X射线作用于圆锥结构的柔爆索加载三维设计理论和优化设计方法及柔爆索爆炸加载的实施、爆炸粒子防护、引爆传爆、线动量标定等实验研究方法是可行的；柔爆索爆炸加载能够较好地模拟软X射线作用载荷的空间分布，为复杂结构瞬态响应研究提供了一种新的实验模拟手段。