[实用新型]一种互锁式双立爆炸焊接防护装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种互锁式双立爆炸焊接防护装置，在双立爆炸焊接过程中，该防护装置不仅可使两复合板瞬时趋于静止和可控状态，从而不会产生大的变形破坏，而且进一步削减了爆炸冲击波对周围环境的影响，属于爆炸焊接和金属材料综合技术领域。

背景技术

为了充分利用炸药的能量、削减冲击波对周围环境的不利影响，并能形成稳定的生产工艺，作者通过理论分析和试验研究发明了双立式爆炸焊接方法。虽然双立爆炸方法具有明显的优越性，但此方法要取代现有的方法进入工业化和规模化应用，还有一个关键问题——复合板两侧的防护问题需须要解决。

由于爆炸焊接后复合板尚具有相当大的飞行速度，如对两侧的防护结构不进行精确的计算模拟设计，则不仅将破坏已经成功复合的复合板，而且很可能使爆炸焊接生产具有很大的危险性和不确定性。因此通过研究双立式爆炸焊接方法焊后复合板的运动规律、研究复合板与防护结构之间的作用机理和变形规律，从而最终设计一种可多次使用的两侧永久防护结构。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在通过理论计算、数值模拟和现场试验，优化设计一种可重复使用互锁式双立爆炸焊接防护装置，从而使双立爆炸焊接方法进入工业化生产，最终使其实现节省2/3炸药并进一步削减冲击波对周围环境不利影响的目的。

本实用新型的技术解决方案：

1、互锁防护装置总体方案设计

在双立爆炸焊接装置中，由于复合板焊接后向外侧仍具有相当大的运动速度，因此在两对基板的外侧必须设置两块防护板，以阻止复合板的飞行运动。

在复合板与防护板撞击的过程中，为了保证二者均不会产生大的变形和破坏，防护板在材料选择和厚度设计方面要保证其必须具有足够的刚度和强度。

同时防护板要在撞击后立即使复合板保持静止状态，则防护板必须在受到复合板撞击后仍处于固定状态，本发明在两块防护板的外围上下两个位置分别设计两块方形箍环，两箍环与两防护板通过电焊连接或螺钉连接。一旦复合板自上而下与防护板撞击时，两防护板自上而下有向外运动的趋势，其载荷分别作用在箍环与防护板连接的两条边上，由于两边的载荷是对称的，则箍环起到锁紧两块防护板的作用，这样两块防护板连同与其连接的上下两块箍环都保持固定和静止状态，从而阻止了两复合板的飞行运动。由于最终载荷是作用在两箍环上，箍环的材料选择和截面设计必须保证其有足够的强度克服复合板的飞行能量。

2、互锁防护装置计算机模拟

2.1模型建立

利用ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元分析的第1步就是建立实体模型。现采用实体建模法建立炸药、覆板、基板、防护板和箍环的三维立体模型。从排气角度考虑，覆板越厚以及面积越大，炸药的爆速就应当越低，并需要采用中轴对称起爆法。由于炸药、覆板、基板、防护板和箍环的模型为轴对称，因此为简化计算，仅对其1/2进行建模分析。在进行有限元分析时，ANSYS软件应对分析的对象尽可能地简化，以期减少计算机时，节省计算机资源，故在不影响计算结果的情况下，将炸药、覆板、基板、防护板和箍环进行简化。

2.2单元划分

炸药、覆板、基板、防护板和箍环均采用8节点solid164实体单元。在有限元模型中，将炸药和空气定义成流体，采用8节点的Euler单元描述，覆板、基板、防护板和箍环采用8结点的Lagrang单元描述。模型的总结点数量为500000，总单元数量为400000。

爆炸焊接，一个重要的问题就是要处理好流体与固体之间的相互作用。ALE网格既保持了Euler网格的特点又保持Lagrang网格的特点。ALE算法先执行一个或几个Lagrang时步计算，此时单元网格随材料流动而产生变形，然后执行ALE时步计算：首先保持变形后的物体边界条件，对内部单元进行重新划分网格，网格的拓扑关系不变；然后将变形中的单元变量(密度、能量、应力张量等)和节点速度矢量输运到重分后的新网格中。用该方法可以将流体网格与固体网格方便地耦合，以处理结构在各种复杂载荷条件下的相互作用问题。

2.3材料模型

(1)炸药

炸药爆轰过程是一个十分复杂的化学物理过程。应用LS-DYNA程序中HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型模拟高级炸药的爆轰，爆轰产的等熵膨胀过程用JWL状态方程进行描述，其压力P为：