不锈钢圆柱壳在爆炸载荷作用下的动态断裂行为与失效评定研究

抗爆容器是一种用于限制炸药及其爆炸产物作用范围的潜在危险包容装置。它们能为人员与设备提供有效的近距离保护,因而被广泛应用于科学研究、爆炸加工以及国防安全等领域。抗爆容器所承受的爆炸载荷具有在较短时间尺度上发生显著变化的特点、导致承载结构具有很高的应变率,可能出现与静载作用下压力容器不同的破坏模式。因此,为了进一步提高抗爆容器的工程设计能力,对容器在内部爆载荷作用下的损伤失效机理和失效评定方法展开深入研究具有十分重要的意义。本文在国家自然科学基金的“爆炸容器绝热剪切瞬态演化过程与断裂形貌预测”(项目编号：51005201)和“复合材料圆柱形容器在内爆炸强动载荷作用下的损伤演化和寿命研究”(项目编号：50875236)的支持下,对不锈钢圆柱壳在内部爆炸载荷作用下的动态断裂行为和失效评定进行了研究,主要研究工作和结论如下：(1)不锈钢圆柱壳在爆炸载荷作用下的动态断裂行为研究。在一组含预制缺陷的不锈钢圆柱壳试样上进行了爆炸加载实验,对试样断口进行了扫描电镜观察和金相分析。分析发现试样断面上出现了大量拉长的剪切型韧窝,金相组织中沿裂纹扩展路径方向有大量致密、横贯几个晶粒的滑移带,表明圆柱壳在爆炸载荷作用下发生了以局部剪切变形为主导的韧性断裂失效破坏。(2)冲击载荷作用下含缺陷圆柱壳的FAD全过程失效评定研究。对含缺陷圆柱壳在爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值计算研究；建立了基于三维虚裂纹闭合技术的冲击载荷作用下含缺陷结构动态应力强度因子的数值计算方法；建立了冲击载荷下作用下含缺陷结构的FAD全过程失效评定方法,并运用该方法对试验试样进行了失效评定,评定结果与爆炸加载试验结果较为一致,表明该方法在冲击载荷作用下缺陷评定中是比较准确的。(3)冲击载荷作用下含缺陷结构裂纹动态扩展过程分析。建立了冲击载荷下含缺陷结构裂纹起裂扩展的率相关损伤失效准则,对该准则与现有常应变失效准则在裂纹动态扩展过程分析的计算结果作了对比研究,研究表明该准则可以较好地用于高应变率作用下裂纹的动态扩展过程分析。