兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231148-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1148
张保勇*(), 张义宇, 陶金, 王亚军, 刘传海, 韩永辉, 孙曼
收稿日期:
2023-11-29
上线日期:
2024-04-30
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Baoyong*(), ZHANG Yiyu, TAO Jin, WANG Yajun, LIU Chuanhai, HAN Yonghui, SUN Man
Received:
2023-11-29
Online:
2024-04-30
摘要:
为探究非金属芯层三明治结构复合材料对甲烷-空气混合气体爆炸传播规律的影响,利用自主搭建的爆炸管网实验平台,开展不同芯层材料(聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)泡沫板、三角帆蚌贝壳和高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer,SAP)胶体)的爆炸实验,分析非金属芯层复合材料对爆炸超压、火焰传播速度、火焰温度以及熄爆参数影响规律。研究结果表明:三明治结构复合材料对甲烷-空气混合气体爆炸传播具有良好的抑制效果;当芯层为PVDF泡沫板时,对火焰温度的抑制效果最好;当芯层材料为SAP胶体时,对爆炸超压和火焰传播速度的抑制效果最好,且后端熄爆参数为9.20MPa·℃,表现出优异的抑爆效果。
中图分类号:
张保勇, 张义宇, 陶金, 王亚军, 刘传海, 韩永辉, 孙曼. 三明治结构复合材料对甲烷-空气混合气体爆炸传播规律的影响[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231148-.
ZHANG Baoyong, ZHANG Yiyu, TAO Jin, WANG Yajun, LIU Chuanhai, HAN Yonghui, SUN Man. Influence of Sandwich Structural Composites on the Explosion Propagation Law of Methane-air Mixture[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231148-.
实验 工况编号 | 上下面板 | 体密度/ (g·cm-3) | 面板厚度/ mm | 芯层 | 芯层厚度/ mm |
---|---|---|---|---|---|
Exp.1 | 泡沫铁镍 | 0.4~0.5 | 10 | ||
Exp.2 | 泡沫铁镍 | 10 | PVDF泡沫板 | 5 | |
Exp.3 | 泡沫铁镍 | 10 | 三角帆蚌贝壳 | 5 | |
Exp.4 | 泡沫铁镍 | 10 | SAP胶体 | 5 |
表1 实验材料设计参数
Table 1 Experimental material design parameters
实验 工况编号 | 上下面板 | 体密度/ (g·cm-3) | 面板厚度/ mm | 芯层 | 芯层厚度/ mm |
---|---|---|---|---|---|
Exp.1 | 泡沫铁镍 | 0.4~0.5 | 10 | ||
Exp.2 | 泡沫铁镍 | 10 | PVDF泡沫板 | 5 | |
Exp.3 | 泡沫铁镍 | 10 | 三角帆蚌贝壳 | 5 | |
Exp.4 | 泡沫铁镍 | 10 | SAP胶体 | 5 |
实验工况 编号 | pmax/ MPa | pi/ MPa | dp/dt/ (MPa·s-1) | ζ/% |
---|---|---|---|---|
Exp.1 | 0.707 | 0.525 | 13.48 | 25.74 |
Exp.2 | 0.641 | 0.181 | 34.56 | 71.76 |
Exp.3 | 0.736 | 0.477 | 20.65 | 38.19 |
Exp.4 | 0.637 | 0.128 | 49.39 | 79.65 |
表2 不同芯层的三明治结构复合材料爆炸超压下降速率和超压衰减率对比
Table 2 Comparison of explosion overpressure decay rates and overpressure decrease rates sandwich structural composites with different core layers
实验工况 编号 | pmax/ MPa | pi/ MPa | dp/dt/ (MPa·s-1) | ζ/% |
---|---|---|---|---|
Exp.1 | 0.707 | 0.525 | 13.48 | 25.74 |
Exp.2 | 0.641 | 0.181 | 34.56 | 71.76 |
Exp.3 | 0.736 | 0.477 | 20.65 | 38.19 |
Exp.4 | 0.637 | 0.128 | 49.39 | 79.65 |
实验工况 编号 | T/℃ | Tmax-Ti/℃ | η/% | θ1/(MPa·℃) | θ2(MPa·℃) | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
T1 | T2 | T3 | |||||
Exp.1 | 971.830 | 1213.557 | 539.448 | 674.109 | 55.55 | 857.985 | 283.210 |
Exp.2 | 1191.612 | 1501.398 | 124.163 | 1377.235 | 91.73 | 962.396 | 22.474 |
Exp.3 | 1112.450 | 1457.640 | 355.401 | 1102.239 | 75.62 | 1072.823 | 169.526 |
Exp.4 | 1027.891 | 1423.811 | 137.163 | 1286.648 | 90.37 | 906.968 | 17.557 |
表3 不同芯层三明治结构复合材料火焰温度衰减率和熄爆参数
Table 3 Flame temperature decay ratios and quenching parameters of sandwich structural composites with different core layers
实验工况 编号 | T/℃ | Tmax-Ti/℃ | η/% | θ1/(MPa·℃) | θ2(MPa·℃) | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
T1 | T2 | T3 | |||||
Exp.1 | 971.830 | 1213.557 | 539.448 | 674.109 | 55.55 | 857.985 | 283.210 |
Exp.2 | 1191.612 | 1501.398 | 124.163 | 1377.235 | 91.73 | 962.396 | 22.474 |
Exp.3 | 1112.450 | 1457.640 | 355.401 | 1102.239 | 75.62 | 1072.823 | 169.526 |
Exp.4 | 1027.891 | 1423.811 | 137.163 | 1286.648 | 90.37 | 906.968 | 17.557 |
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