新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究

孙晓旺 李永池 叶中豹 赵凯 张春晓 马剑 张永亮

孙晓旺, 李永池, 叶中豹, 赵凯, 张春晓, 马剑, 张永亮. 新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(4): 643-648. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06
引用本文: 孙晓旺, 李永池, 叶中豹, 赵凯, 张春晓, 马剑, 张永亮. 新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(4): 643-648. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06
Sun Xiaowang, Li Yongchi, Ye Zhongbao, Zhao Kai, Zhang Chunxiao, Ma Jian, Zhang Yongliang. Experimental study of a novel shelly cellular material used in civil defense engineering[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 643-648. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06
Citation: Sun Xiaowang, Li Yongchi, Ye Zhongbao, Zhao Kai, Zhang Chunxiao, Ma Jian, Zhang Yongliang. Experimental study of a novel shelly cellular material used in civil defense engineering[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(4): 643-648. doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06

新型空壳颗粒材料在人防工程中应用的实验研究

doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11472008

国家自然科学基金项目 1402266

安徽省自然科学基金重点项目 KJ2016A315

详细信息
    作者简介:

    孙晓旺(1987-),男,博士,讲师

    通讯作者:

    赵凯,kzhao@ustc.edu.cn

  • 中图分类号: O381

Experimental study of a novel shelly cellular material used in civil defense engineering

  • 摘要: 研发了一种内衬PVC壳体,外裹泡沫陶瓷壳体的新型空壳颗粒作为人防结构分配层。通过大比尺化爆实验,研究了爆炸载荷下新型空壳颗粒分配层人防结构和普通黄沙分配层人防结构的破坏情况和冲击波传播规律。实验证明:同样当量爆炸载荷下,相对黄沙分配层,新型空壳颗粒分配层可以降低应力峰值50%左右;相对常规空壳颗粒,新型空壳颗粒分配层受损情况显著减小。这表明:新型空壳颗粒作为人防工程的分配层兼具显著的削波耗能效果和抵抗二次爆炸的能力,因此可以提高人防工程的抗爆能力,具有广阔的军事应用前景。
  • 图  1  实验方案示意及压力测点分布图

    Figure  1.  Sketch of test and sensor distribution

    图  2  泡沫陶瓷壳体

    Figure  2.  Ceramic foam shell

    图  3  新型空壳颗粒材料

    Figure  3.  Novel shelly cellular material

    图  4  试件的破坏形态

    Figure  4.  Failure patterns of specimens

    图  5  标准试验和对比试验中测点S2波形对比

    Figure  5.  Comparison of waveform of sensor S2 in standard test with that in contrast test

    图  6  黄沙与泡沫陶瓷应变能示意图

    Figure  6.  Sketch of strain energies of sand and foamed ceramic

    表  1  材料参数

    Table  1.   Material parameters

    材料 ρ/(kg/m3) K/MPa G/MPa Sf/MPa
    C40钢筋混凝土 2 500 19 910 14 860
    黄沙 1 800 3 000 600
    泡沫陶瓷 930 510 540 8.5
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    表  2  4次实验的冲击波数据对比

    Table  2.   Contrast of shock wave data in four tests

    测点 作用时间/ms 上升沿/ms 应力峰值/MPa 总冲量/(kN·s)
    标准实验1 标准实验2 对比实验1 对比实验2 标准实验1 标准实验2 对比实验1 对比实验2 标准实验1 标准实验2 对比实验1 对比实验2 标准实验1 标准实验2 对比实验1 对比实验2
    S1 - 6.5 11.7 11.7 - 0.4 2.1 2.0 - 1.51 0.50 0.52 - 9.554 3.849 3.101
    S2 8.1 17.9 14.0 - 0.5 2.9 2.5 - 4.20 2.07 2.02 - 13.928 11.759 10.447
    S3 10.0 9.5 17.9 17.2 0.5 0.4 3.3 3.1 1.58 1.38 0.68 0.85 8.796 11.300 7.788 7.594
    S4 - - 13.3 12.1 - - 2.1 1.9 - - 0.54 0.77 - - 3.452 3.980
    S5 5.8 - 12.5 12.1 0.3 - 2.4 2.1 5.40 - 1.65 1.35 18.922 - 16.738 10.064
    S6 - 6.6 10.5 9.5 - 0.2 1.6 1.3 - 2.10 0.70 0.47 - 13.606 3.786 3.333
    S7 - 8.8 16.3 14.8 - 0.5 3.3 3.0 - 1.64 1.05 0.42 - 12.623 11.120 10.962
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    表  3  7个测点的B

    Table  3.   B values of 7 sensors

    对比项 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
    本实验B 0.34 0.49 0.48 - 0.31 0.28 0.45
    文献[5]中B - 0.31 0.58 0.39 0.44 0.39 0.58
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  • [1] 赵凯.分层防护层对爆炸波的衰减和弥散作用研究[D].合肥: 中国科学技术大学, 2007.
    [2] Li X Y, Li Y C, Zhao K, et al. Mechanical properties of sialic foamed ceramic and applications in defense structure[J]. Chinese Physics Letters, 2014, 31(8):086201. doi: 10.1088/0256-307X/31/8/086201
    [3] 李永池, 姚磊, 沈俊, 等.空穴的绕射隔离效应和对后方应力波的削弱作用[J].爆炸与冲击, 2005, 25(3):193-199. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2005.03.001

    Li Yongchi, Yao Lei, Shen Jun, et al. Insulation effect of the cavity on stress wave[J]. Explosion and Shock Waves, 2005, 25(3):193-199. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2005.03.001
    [4] 宋宏伟, 虞钢, 范子杰, 等.多孔材料填充薄壁结构吸能的相互作用效应[J].力学学报, 2005, 37(6):697-703. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2005.06.004

    Song Hongwei, Yu Gang, Fan Zijie, et al. Interaction effect in energy absorption of porous material filled thin-walled structure[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2005, 37(6):697-703. doi: 10.3321/j.issn:0459-1879.2005.06.004
    [5] 赵凯, 罗文超, 李煦阳, 等.人防工程中空壳颗粒材料抗爆性能试验研究[J].实验力学, 2012, 27(2):189-194. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sylx201202010

    Zhao Kai, Luo Wenchao, Li Xuyang, et al. Experimental study of explosion load bearing performance of shelly cellular material used in civil defense engineering[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2012, 27(2):189-194. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sylx201202010
    [6] 赵凯, 罗文超, 王肖钧.粘土质泡沫陶瓷力学性能实验研究[J].振动与冲击, 2012, 31(21):50-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.21.011

    Zhao Kai, Luo Wenchao, Wang Xiaojun. Tests for mechanical behavior of clay ceramic foam[J]. Journal of Vibration and Shocks, 2012, 31(21):50-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.21.011
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-18
  • 修回日期:  2016-04-11
  • 刊出日期:  2017-07-25

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