爆炸冲击波存储测试装置结构设计及仿真分析(2)
3 受压盖板尺寸的仿真优化 14
3.1 有限单元法及ANSYS简介 14
3.2 爆炸场的仿真过程 14
3.2.1 前处理 14
3.2.2 求解 17
3.2.3 后处理 18
3.3 爆炸场中盖板直径的仿真研究及优化 20
3.4 盖板的模态分析 24
3.5 本章小结 25
4 电路板结构的动力学响应分析 26
4.1 电路板模型的建立 26
4.1.1 电路板建模方法的选择 26
4.1.2 电路板有限元模型的建立 26
4.1.3 电路板有限元模型的验证 27
4.2 电路板模态分析 28
4.3 电路板瞬态分析 30
4.4 电路板减震设计 32
4.5 本章小结 33
总结 34
致 谢 35
参考文献 36
1 引言
1.1 课题研究的背景及意义
爆炸是一种迅速的能量释放和转化过程，能在极短的时间内释放出大量的能量和气体，在周围介质中产生高压[1]。这种高压不断压缩相邻气体使其向外膨胀形成冲击波，冲击波将会对目标造成损伤甚至毁灭，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[2]。19世纪60年代，人们开始研究冲击波毁伤效应。到二次世界大战初期，当人们发现炸弹和弹头在地面爆炸要比空中爆炸破坏性大时，便开始研究近地爆炸冲击波的传播特性[3]。对于近地爆炸冲击波的特性研究可以有效地评估炸药的毁伤效应，无论是在生产上还是军事上都具有重要意义。
获取冲击波信号的最直接，最有效的方法就是现场测试。通常现场测试结果可以直接用于炸药毁伤效能评价，同时可以作为选择最佳引爆方式的直接依据。20世纪70年代，人们对冲击波的测试方法比较原始，有生物实验法、等效罐法和等效靶板法，这三种方法都不够精确[4]。近年来，随着工业的快速发展，传感器工艺的不断提高，大量的冲击波测试装置涌现，它采用电测法，通过测试爆炸产生的冲击波超压来评估炸药毁伤威力的大小，这种方法更加直接，简单，准确。超压是反映冲击波特性的重要参数，它是表示冲击波瞬间作用的量[5]。目前，冲击波测试装置有两种，分别为有线式测试装置和存储式测试装置。有线式测试装置主要由压力传感器、二次仪表与瞬态波形记录仪(或高速数据采集系统)组成，这种方法存在的问题一是布置电缆引线费时费力，使用不方便，二是电起爆信号和爆炸产生的电磁干扰通过电缆引线耦合进入测试系统，常会造成误触发或带来很大的噪声，可靠性差[6]。而存储式测试装置以其简单，体积小，低功耗，抗干扰，便于携带等优点，在冲击波测试中有着广泛的应用前景，越来越多的人开始研究并设计存储测试装置。
爆炸现场情况复杂，测试系统工作环境恶劣[7]，这些都会导致在测试数据中产生误差分量。误差分量分别有测试装置系统误差，传感器动静态特性误差，试验时操作人员引起的误差，测点布置不当引起的误差，测试过程中传感器安装误差等。而存储测试装置的结构及力学响应特性也将严重影响测试数据，从而影响冲击波存储测试装置的可靠性及测量精度，这是不容忽视的重要因素。因此，有必要通过一定手段来对冲击波作用下存储测试装置的机械结构及力学响应特性进行研究。目前，可以通过试验法和仿真法来研究[8]。试验法周期长，需要较大的人力物力，而仿真法时间短，效率高。所以，通过仿真来研究爆炸场中存储测试装置的机械结构及力学响应特性是合理且有效的。
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