双破片作用下液压水锤叠加效应研究

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当高速破片撞击充液容器时会产生液压水锤效应,液压水锤过程包含冲击、受阻减速、空腔及破片穿出四个阶段。破片的冲击和空腔的生长溃灭会形成很大的压力作用于容器壁面,造成容器的毁伤,双破片作用时,液体中形成的叠加压力会加剧容器的毁伤。若是飞机油箱遭受高速破片群的撞击,会引起灾难性的后果。为研究液压水锤的叠加效应,本文采用试验和数值仿真相结合的方法,模拟了双破片高速撞击充液容器的过程,分析双破片作用下形成的空腔特性、液体中压力分布、叠加特性及壁面的损伤,并考虑破片撞击速度、间距、撞击时间间隔、液体介质和破片数目的影响。结果表明:双破片同时撞击充液容器时,破片撞击速度越大,在液体中运动时所受的阻力越大,速度衰减越快,形成的空腔越大,液体中的压力峰值和比冲量越大,压力脉冲持续时间越短;前后壁面变形量和损伤程度均随破片撞击速度的增大而增大,且后壁面损伤程度均比前壁面严重。破片撞击速度一定时,随着两破片间距的减小,两个空腔重叠越多,使得另一侧的空腔半径增大;两破片在液体中运动分别形成的压力场随着时间的增大会相遇叠加,叠加压力值随着破片间距的减小而增大,同一位置处叠加压力是未叠加压力的1.4~2.0倍;两破片间距越小,后壁面的损伤越严重。当两破片先后撞击充液容器时,液体中的压力比破片同时作用时小,且后一个破片形成的压力场会影响前一个空腔的形状;壁面损伤程度先随着两破片撞击时间间隔的增大而减小,之后壁面变形量将保持不变。双破片在不同的液体介质中运动时,液体介质密度越大,破片在液体中所受阻力越大,空腔长度的增长越慢,空腔直径变化与液体介质无关;不同液体介质中的压力大小不同,水中压力大于柴油和航空煤油,破片撞击充水容器造成的壁面损伤比充满柴油和航空煤油的容器壁面损伤严重。当同时撞击充液容器总动能相同,而破片数目不同时,破片间距较小且破片都能穿透后壁面时,破片数目越多,造成的壁面损伤越严重。
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