球形爆炸荷载作用下防护平板试验及模型研究

球形装药在空气中爆炸，产生的冲击波与平板障碍物碰撞产生的反射超压在防护结构中一般是需要进行控制的，反射超压准确计算与否对于校核结构强度具有极其重要的作用。球形装药在空气中中心起爆之后，经过一球面波传播到平板表面产生一反射波。本文将通过平板反射试验验证了爆炸罐内爆下冲击波压力测试系统的准确性及可靠性，并通过数值模拟进行平板反射试验分析爆炸波通过平板反射后的传播情况，建立了比较符合测试实际的计算模型。计算结果表明，平板试验结果和理论计算值之间误差较小，全部在10%以内，且对称测点的实测结果一致性较好，可以认为构建的冲击波测试系统能够满足圆柱形爆炸容器壳体内壁反射冲击波测试的试验要求。

冲击波是爆炸对人员、设备和防护结构产生损伤和破坏效应的主要因素之一，因此对于冲击波的分析和测试在工程领域特别是军工领域有着重要的作用[1]。爆炸冲击波和目标相互作用中最简单并且研究最多的是爆炸冲击波与平面目标的作用研究[2] [3] [4]以及与曲面目标的作用研究[5] [6]。

对于靶板结构的冲击损伤问题，国内外有着大量的研究[7] [8] [9] [10] [11]。Wharton [12]分析了商业炸药空中爆炸的实验结果，给出了超压和正向冲量对比距离的依赖关系。将炸药产生的爆炸波处理成点源爆炸产生的球形冲击波，并和的结果作了比较，最后给出适用于较宽范围炸药的TNT 等效技术(TNTe)。高永红等人[13]基于理想气体的一些理论基础， 提出了可供实际应用的空中爆炸近区强冲击波反射地面冲击波参数分布的计算方法。Huffington 等[14]利用冲量塞技术获得了比距离为0.06~0.2 m/kg 1/3 的爆炸冲击波正反射冲量数据。Hu 和Glass [15]从理论上分析了不同炸高对应的不同的冲击波反射现象。爆炸载荷对结构的动力响应问题是一个极其复杂的动力学问题。对于这一问题一般很难给出解析解，一般通过数值方法来研究爆炸载荷与结构相互作用的规律。周保顺等人[16]对不同TNT 当量和不同炸高下的爆炸冲击波超压分布进行了数值模拟，并进行了试验研究。本文将通过平板反射试验验证了爆炸罐内爆下冲击波压力测试系统的准确性及可靠性，并通过数值模拟进行平板反射试验分析爆炸波通过平板反射后的传播情况。

2. 试验研究 试验设置 为验证爆炸罐内爆下冲击波压力测试系统的准确性及可靠性，本文设计了平板反射试验对测试系统进行校验，如图1 所示，钢板的表面积尺寸为1200 mm × 300 mm，厚度为10 mm，整个结构用螺栓固定在钢架上。平板上共设置有5 个传感器，其相对位置关系如图2 所示，为了保护测试线缆，在钢板横向方向靠近支撑架的位置开孔，线缆从内部穿过，防止试验过程中被破坏。测试时球形装药位于3 号传感器正上方，距平板0.4 m，装药质量216 g，共进行了2 次重复试验。

峰值压力等试验结果统计如表1 所示。