[发明专利]混杂纤维复合材料防爆罐构型设计方法

说明书

本发明公开了一种混杂纤维复合材料防爆罐构型设计方法，及构型评判准则，其创建的能量吸收率准则，为混杂纤维防爆罐优化提出了判定方法，并提出了混杂纤维防爆罐最佳构型。其特征在于包括如下步骤：建立符合预设条件的初始防爆罐构型；防爆罐几何构型参数化；运用多岛遗传算法对防爆罐构型进行优化，以求得防爆罐构型局部最优解区域；梯度算法寻求防爆罐构型全局最优解；以能量吸收率评判最优防爆罐构型。本发明通过对防爆罐的构型进行优化，提出最佳构型，改进了传统金属防爆罐质量大、吸收能量能力差的缺点，并通过铺层厚度改进了混杂纤维复合材料防爆罐的构型，大幅提高防爆罐吸能效率，确保工程安全。

技术领域

本发明涉及防爆罐安全设计领域，具体地说是一种混杂纤维复合材料防爆罐构型设计方法。

背景技术

防爆罐一般应用于火车站，地铁，法院，博物馆，体育馆，会展中心，机场，海关，港口，使馆等防爆场所，主要是确保人员的安全，维护场所秩序。如今制造防爆罐运用的材料为金属或混凝土，没有复合材料，更没有混杂纤维复合材料。混杂纤维复合材料防爆罐由于其质轻、价格便宜、便于移动，比传统金属防爆罐具有更广泛的应用空间。创造混杂纤维复合材料防爆罐构型，并对其进行优化，以得到能量吸收情况最好的防爆罐，成为目前亟待解决的一个问题。

发明内容

根据上述提出的为了获得混杂纤维复合材料防爆罐最优构型，使能量得到最好的吸收的问题，本发明提出的一种混杂纤维复合材料防爆罐构型设计方法，本发明主要通过建立防爆罐构型，通过几何构型参数化对防爆罐性能确定，通过多岛遗传算法和下山法优化收敛，最终通过能量吸收率评判最优得到防爆罐构型。

本发明采用的技术手段如下：

一种混杂纤维复合材料防爆罐构型设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、建立符合预设条件的初始防爆罐构型；

S2、防爆罐几何构型参数化；

S3、运用多岛遗传算法对防爆罐构型进行优化，以求得防爆罐构型局部最优解区域；

S4、梯度算法寻求防爆罐构型全局最优解；

S5、以能量吸收率评判最优防爆罐构型。

进一步地，步骤S1中，初始防爆罐构型为圆筒形容器，包括设定母线长度、直径、两端开孔直径、复合材料中纤维体积含量、固化度、直筒段每层纤维厚度、限制直筒段质量、弹性模量和设定复合材料纤维混杂比；其中，直筒段铺层顺序为：[(17.5/90/90/-17.5/90/90)₃₆(17.5/90/-17.5/90)₂₈]；封头段铺层顺序为：[(17.826/-17.826)₆₄]；

通过TNT爆炸时的入射超压、反射超压与动力系数，采用等效静载荷法，分析得出爆炸时对防爆罐的冲击载荷；

利用网格理论，结合防爆罐直筒段和封头段，计算出纤维所受应力，得到直筒缠绕纤维厚度和封头缠绕纤维厚度，从而确定防爆罐性能。

进一步地，入射超压采用J.Henrych公式进行计算，方法如下：

其中，ΔP_f为入射超压，W为炸药TNT当量，R为容器壳体半径；

反射超压的计算公式与入射角度有关，方法如下：

当时，发生正反射，

当时，发生斜反射，

当时，发生马赫反射，

在空气中，