[发明专利]一种波纹环形柔性复合防爆装置

说明书

本发明涉及一种波纹环形柔性复合防爆装置，属于防爆技术领域。包括共轴嵌套的内筒状结构和外筒状结构；内筒状结构包括截面为梯形的内纤维波纹板和填充在内纤维波纹板胞元中的内柔性泡沫；外筒状结构包括截面为倒梯形的外纤维波纹板和填充在外纤维波纹板胞元中的外柔性泡沫；内纤维波纹板和外纤维波纹板的胞元个数相同。该防爆装置，可实现对爆炸冲击波和破片载荷进行时空解耦化的载荷针对性防护。

技术领域

本发明涉及一种波纹环形柔性复合防爆装置，属于防爆技术领域。

背景技术

为了削弱爆炸物高压、高速破片等载荷强度，一般柔性防爆结构(例如柔性防爆桶等)通常为多孔多聚物泡沫或高性能纤维等材质，其中多孔多聚物泡沫作为一种轻质且比强度高的柔性材料，具有较好的冲击吸能特征，主要面向高压载荷的削弱；高性能纤维依靠自身高强度断裂及伴随的大面积变形，有较高的抗破片侵彻的性能，主要面向高速破片的削弱。但考虑到防护结构距离爆源普遍较近，爆炸物产生的冲击波会在破片冲击之前加载到防护结构上，此时受到冲击波预先加载的防护结构的抗破片侵彻性能会有明显的衰减。在传统的柔性防爆结构中，多孔多聚物泡沫如聚氨酯泡沫目前只用于冲击波防护，几乎没有面对破片的防护能力。高性能纤维虽然作为抗破片侵彻的高性能材料被广泛应用，但由于冲击波预先加载而削弱环形纤维结构破片防护性能的现象，分析原因：1)冲击波预先加载造成部分纤维在破片侵彻前发生断裂；2)冲击波作用时间较长，破片侵彻时与作用未结束的冲击波载荷存在协同效应，提高了纤维中拉伸应力的水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种波纹环形柔性复合防爆装置。所述装置通过将波纹纤维与柔性泡沫吸能胞元组成复合结构，可以将爆炸的高压冲击波和高速破片载荷进行时空解耦化防护，减少了多载荷协同作用对柔性复合结构的综合防护性能的衰减。防护过程中，内筒状结构对冲击波进行快速衰减，内纤维波纹板既可以为内柔性泡沫提供侧向约束，并且还可以提高结构中的轴向应力波的传播效率，提高内柔性泡沫参与耗能的占比量；同时充分利用经过内筒状结构削减后的相对强度较弱的透射波对外侧空气域进行扰动，促使外纤维波纹板预先获得初始速度，向着远离炸药的方向进行膨胀，独特的波纹结构使得纤维在初始位置时有环向的材料余量，因而在向外扩展的过程中不会由于环向拉应力而形成轴向裂缝，并且在扩展同时获得了远离爆炸物初始位置的扩散速度，可以减小与随后到达的破片之间的相对速度。外柔性泡沫与外纤维波纹板形成的外筒整体可以提高结构的抗弯强度，同时外柔性泡沫的设置可避免外纤维波纹板过早地发生轴向屈曲，因为一旦形成高度折减则无法拦截位于爆炸物端部的破片。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种波纹环形柔性复合防爆装置，包括共轴嵌套的内筒状结构和外筒状结构；内筒状结构包括截面为梯形的内纤维波纹板和填充在内纤维波纹板胞元(空心结构)中的内柔性泡沫；外筒状结构包括截面为倒梯形的外纤维波纹板和填充在外纤维波纹板胞元(空心结构)中的外柔性泡沫；内纤维波纹板和外纤维波纹板的胞元个数相同；

复合防爆装置的高度与外径的比值为0.6:1～1.5:1，内径与外径的比值为0.5:1～0.9:1。

进一步的，所述内纤维波纹板完全展开后(展成平板)形成的圆筒外径为内筒状结构外径的1.5～2.5倍；所述外纤维波纹板完全展开后(展成平板)形成的圆筒外径为外筒状结构外径的1.5～2.5倍；

的取值为0.6～4.8，的取值为0.6～4.8，的取值为0.8～2，的取值为0.8～2，的取值为1.1～1.8；的取值为0.75～1.2；

其中，d_内为内纤维波纹板单个胞元的波纹腹板宽度，(b_内/2)为内纤维波纹板单个胞元的波纹翼缘宽度，h_内为内纤维波纹板波纹高度；d_外为外纤维波纹板单个胞元的波纹腹板宽度，(b_外/2)为外纤维波纹板单个胞元的波纹翼缘宽度，h_外为外纤维波纹板波纹高度。