应变增长现象是爆炸容器响应中普遍存在的现象,威胁容器安全。应变增长现象包括周期性爆炸载荷与壳体振动”共振”引起的应变增长现象,以及振动叠加形成的应变增长现象。目前,应变增长现象的机理和规律尚未研究透彻,且很少涉及壳体塑性变形的情况。重点针对这些存在的问题,本文基于实验、数值模拟、理论分析,研究单层钢制球形爆炸容器的应变增长现象和机理,为爆炸容器设计和安全评估提供理论支撑。开展了球形容器爆炸加载实验,获得了比距离0.360.87m/kg1/3、当量密度0.364.94kgTNT/m3范围内的载荷特征,以及球壳弹性变形和塑性变形下的应变增长现象和规律。结果表明,周期性爆炸载荷波形存在3个较明显的脉冲,每个脉冲包括冲击部分和准稳定压力部分,脉冲之后容器内压力进入准静态。在球壳弹性变形下,应变增长现象主要由振动叠加引起,开口正对位置是球壳上应变增长现象最严重的部位,球壳在应变增长现象中出现了从弹性变形进入塑性变形的情况。在球壳塑性变形下,应变增长现象主要由“共振”引起,最大应变值大多出现在第2个应变峰上,应变增长现象主要为前2个脉冲导致的。基于实测波形,给出了球形容器内周期性爆炸载荷的简化模型,并通过总结实验数据,得到各脉冲的持续时间、超压峰值、比冲量、准稳定压力以及容器内准静态压力的经验图表或公式。研究表明:随比距离的减少,各脉冲持续时间先减少后又稍微增加;在对数坐标下首脉冲的超压峰值、冲击比冲量的无量纲参数与比距离成线性关系,第二个脉冲的超压峰值为首脉冲的0.27倍,第二个脉冲的冲击比冲量为首脉冲的0.5倍,第三个脉冲的超压峰值为首脉冲的0.18倍;各脉冲的准稳定压力值、容器内准静态压力与当量密度成线性关系。借助球壳响应理论,分析了单个脉冲和多个脉冲下球壳的响应规律,建立了关于“共振”引起的应变增长现象的工程分析方法,依据爆炸当量、容器尺寸等参数,可快捷地分析出应变增长现象是否出现以及最大应变增长系数。针对“共振”引起的应变增长现象,研究表明:在球壳弹性变形范围内,爆炸当量和球壳内径相同下,不同厚度球壳的应变增长现象是相同的,而在球壳塑性变形范围内,爆炸当量和球壳内径相同下,不同厚度球壳的应变增长现象可能不同;球壳弹性变形范围内的最大应变增长系数为1.5,球壳较大塑性变形时的最大应变增长系数为1.25,较小塑性变形时最大应变增长系数在1.251.5之间。从膜应变和弯曲应变的角度对球壳弹性范围内振动叠加形成的应变增长现象进行解剖式研究,并利用壳体振动理论和弯曲波理论进行分析。研究表明:扰动源与壳体运动的差异使得扰动源在壳体上引起弯曲波并传播至壳体其他部分,弯曲波传播过程中出现弥散现象;呼吸振动和频率相近的弯曲振动叠加是应变增长现象形成的主要原因;弯曲振动与膜振动相互作用,改变两者的振幅和频率,且导致弯曲应变与膜应变在扰动源正对位置正向叠加;应变增长系数在球壳上的分布呈现空间周期性;球壳上扰动源正对位置的应变增长现象最严重。提出了抑制应变增长现象的新措施,包括避免扰动源被完全约束、减少扰动源尺寸和质量、对称设置扰动源等。通过数值模拟分析了应变增长现象中壳体塑性变形的规律,包括应变增长现象中从弹性变形进入塑性变形的情况,以及壳体塑性变形下出现应变增长现象且塑性变形进一步增加的情况。对于“共振”引起的应变增长现象中的壳体塑性变形,可由应变曲线中心线的偏置量的大小来判断壳体是否发生塑性变形以及塑性变形量的大小。对于振动叠加形成的应变增长现象中的壳体塑性变形,材料经历周期性的交替出现的拉伸、压缩塑性变形,可能出现即使壳体发生塑性变形但应变曲线中心线无明显偏置量的现象。