專利名稱：一種互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，在雙立爆炸焊接過(guò)程 中，該防護(hù)裝置不僅可使兩復(fù)合板瞬時(shí)趨于靜止和可控狀態(tài)，從而不會(huì)產(chǎn)生大的變形破壞， 而且進(jìn)一步削減了爆炸沖擊波對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，屬于爆炸焊接和金屬材料綜合技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
為了充分利用炸藥的能量、削減沖擊波對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響，并能形成穩(wěn)定的 生產(chǎn)工藝，作者通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究發(fā)明了雙立式爆炸焊接方法。雖然雙立爆炸方法 具有明顯的優(yōu)越性，但此方法要取代現(xiàn)有的方法進(jìn)入工業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用，還有一個(gè)關(guān)鍵 問(wèn)題——復(fù)合板兩側(cè)的防護(hù)問(wèn)題需須要解決。由于爆炸焊接后復(fù)合板尚具有相當(dāng)大的飛行速度，如對(duì)兩側(cè)的防護(hù)結(jié)構(gòu)不進(jìn)行精 確的計(jì)算模擬設(shè)計(jì)，則不僅將破壞已經(jīng)成功復(fù)合的復(fù)合板，而且很可能使爆炸焊接生產(chǎn)具 有很大的危險(xiǎn)性和不確定性。因此通過(guò)研究雙立式爆炸焊接方法焊后復(fù)合板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、 研究復(fù)合板與防護(hù)結(jié)構(gòu)之間的作用機(jī)理和變形規(guī)律，從而最終設(shè)計(jì)一種可多次使用的兩側(cè) 永久防護(hù)結(jié)構(gòu)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在通過(guò)理論計(jì)算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)一種可重 復(fù)使用互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，從而使雙立爆炸焊接方法進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，最終使 其實(shí)現(xiàn)節(jié)省2/3炸藥并進(jìn)一步削減沖擊波對(duì)周?chē)h(huán)境不利影響的目的。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案1、互鎖防護(hù)裝置總體方案設(shè)計(jì)在雙立爆炸焊接裝置中，由于復(fù)合板焊接后向外側(cè)仍具有相當(dāng)大的運(yùn)動(dòng)速度，因 此在兩對(duì)基板的外側(cè)必須設(shè)置兩塊防護(hù)板，以阻止復(fù)合板的飛行運(yùn)動(dòng)。在復(fù)合板與防護(hù)板撞擊的過(guò)程中，為了保證二者均不會(huì)產(chǎn)生大的變形和破壞，防 護(hù)板在材料選擇和厚度設(shè)計(jì)方面要保證其必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度。同時(shí)防護(hù)板要在撞擊后立即使復(fù)合板保持靜止?fàn)顟B(tài)，則防護(hù)板必須在受到復(fù)合板 撞擊后仍處于固定狀態(tài)，本發(fā)明在兩塊防護(hù)板的外圍上下兩個(gè)位置分別設(shè)計(jì)兩塊方形箍 環(huán)，兩箍環(huán)與兩防護(hù)板通過(guò)電焊連接或螺釘連接。一旦復(fù)合板自上而下與防護(hù)板撞擊時(shí)，兩 防護(hù)板自上而下有向外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，其載荷分別作用在箍環(huán)與防護(hù)板連接的兩條邊上，由 于兩邊的載荷是對(duì)稱的，則箍環(huán)起到鎖緊兩塊防護(hù)板的作用，這樣兩塊防護(hù)板連同與其連 接的上下兩塊箍環(huán)都保持固定和靜止?fàn)顟B(tài)，從而阻止了兩復(fù)合板的飛行運(yùn)動(dòng)。由于最終載 荷是作用在兩箍環(huán)上，箍環(huán)的材料選擇和截面設(shè)計(jì)必須保證其有足夠的強(qiáng)度克服復(fù)合板的 飛行能量。2、互鎖防護(hù)裝置計(jì)算機(jī)模擬
3[0011]2.1模型建立利用ANSYS/LS-DYNA軟件進(jìn)行有限元分析的第1步就是建立實(shí)體模型?，F(xiàn)采用實(shí) 體建模法建立炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)的三維立體模型。從排氣角度考慮，覆板越厚 以及面積越大，炸藥的爆速就應(yīng)當(dāng)越低，并需要采用中軸對(duì)稱起爆法。由于炸藥、覆板、基 板、防護(hù)板和箍環(huán)的模型為軸對(duì)稱，因此為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅對(duì)其1/2進(jìn)行建模分析。在進(jìn)行有 限元分析時(shí)，ANSYS軟件應(yīng)對(duì)分析的對(duì)象盡可能地簡(jiǎn)化，以期減少計(jì)算機(jī)時(shí)，節(jié)省計(jì)算機(jī)資 源，故在不影響計(jì)算結(jié)果的情況下，將炸藥、覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)化。2. 2單元?jiǎng)澐终ㄋ帯⒏舶?、基板、防護(hù)板和箍環(huán)均采用8節(jié)點(diǎn)solidl64實(shí)體單元。在有限元模型 中，將炸藥和空氣定義成流體，采用8節(jié)點(diǎn)的Euler單元描述，覆板、基板、防護(hù)板和箍環(huán)采 用8結(jié)點(diǎn)的Lagrang單元描述。模型的總結(jié)點(diǎn)數(shù)量為500000，總單元數(shù)量為400000。爆炸焊接，一個(gè)重要的問(wèn)題就是要處理好流體與固體之間的相互作用。ALE網(wǎng)格既 保持了 Euler網(wǎng)格的特點(diǎn)又保持Lagrang網(wǎng)格的特點(diǎn)。ALE算法先執(zhí)行一個(gè)或幾個(gè)Lagrang 時(shí)步計(jì)算，此時(shí)單元網(wǎng)格隨材料流動(dòng)而產(chǎn)生變形，然后執(zhí)行ALE時(shí)步計(jì)算首先保持變形后 的物體邊界條件，對(duì)內(nèi)部單元進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格的拓?fù)潢P(guān)系不變；然后將變形中的單 元變量(密度、能量、應(yīng)力張量等)和節(jié)點(diǎn)速度矢量輸運(yùn)到重分后的新網(wǎng)格中。用該方法 可以將流體網(wǎng)格與固體網(wǎng)格方便地耦合，以處理結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜載荷條件下的相互作用問(wèn) 題。2. 3材料模型(1)炸藥炸藥爆轟過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的化學(xué)物理過(guò)程。應(yīng)用LS-DYNA程序中HIGH_ EXPLOSIVE_BURN材料模型模擬高級(jí)炸藥的爆轟，爆轟產(chǎn)的等熵膨脹過(guò)程用JWL狀態(tài)方程進(jìn) 行描述，其壓力P為
r \f —、
P = A
m
ν
e-R'v+B
^Vj
V (1)式中，P為爆轟壓力；V為炸藥的相對(duì)體積，V = v/v0 ；E為單位體積材料的初始內(nèi) 能；A、B、R1, R2、cr為無(wú)量綱參數(shù)。利用炸藥爆轟Y方程擬合得出JWL狀態(tài)方程是用來(lái)描 述爆炸產(chǎn)物的經(jīng)驗(yàn)物態(tài)方程，適用于各種凝聚態(tài)炸藥。硝銨乳化炸藥參數(shù)炸藥密度P = 750kg. πΓ3，爆炸速度 C = 3000m. s、A = 20. 275X 1010,B = 4. 39X IO95R1 = 5. 3,R2 = 1. 2， cr = 0.21 ,E = 2. 5331 X ΙΟ7。(2)空氣空氣爆轟壓力采用空材料(Null)模型和線性多項(xiàng)式(Linear Polinominal)狀態(tài) 方程描述。在E0S_LINEAR_P0LYN0MIAL中，關(guān)鍵字用來(lái)定義線性多項(xiàng)式狀態(tài)方程的系數(shù)，通 過(guò)定義EO和V0，可對(duì)材料的初始熱動(dòng)力狀態(tài)進(jìn)行初始化。線性多項(xiàng)式狀態(tài)方程表示單位初始體積內(nèi)能的線性關(guān)系，壓力值由下式給定P =Co+Ci μ +C2 μ 2+C3 μ 3+ (C4+C5 μ +C6 μ 2) E (2)式中，C。，.··，(；為常數(shù)，如果式中μ < 0，則(>2和(^2兩項(xiàng)為零。
4[0025]其中
權(quán)利要求一種互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，其特征是兩基板兩外側(cè)分別垂直設(shè)置兩防護(hù)板，而兩防護(hù)板外緣上下連接有兩塊方形箍環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，其特征是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬 計(jì)算，其防護(hù)板的材料為普通鋼材，其防護(hù)板的厚度大于50mm，其高度要比復(fù)板高10mm。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互鎖式雙立爆炸焊接防護(hù)裝置，其特征是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬 計(jì)算，其材料為普通鋼材，截面大于50mmX50mm，兩箍環(huán)之間的距離小于200mm。
專利摘要本實(shí)用新型是雙立式爆炸焊接永久性防護(hù)裝置。兩基板兩外側(cè)分別垂直設(shè)置兩防護(hù)板，而兩防護(hù)板外緣上下連接有兩塊方形箍環(huán)，由于采用雙立式爆炸焊接裝置，節(jié)約了2/3裝藥量，大大降低了加工成本；削減了大部分沖擊波對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響，圓滿解決了爆炸焊接爆炸場(chǎng)地問(wèn)題；并易于形成標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程。通過(guò)防護(hù)裝置的總體設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬，得到了雙立爆炸裝置的防護(hù)結(jié)構(gòu)和尺寸。此防護(hù)裝置不僅可保證兩塊復(fù)合板焊接后不會(huì)產(chǎn)生大的變形，而且可重復(fù)多次使用。
文檔編號(hào)B23K20/26GK201744787SQ201020273698
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者史長(zhǎng)根 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)