專(zhuān)利名稱(chēng):壓力系統(tǒng)爆破片的?；O(shè)計(jì)方法
本發(fā)明屬于壓力系統(tǒng)防超壓安全元件的設(shè)計(jì)方法。
已有技術(shù)中，爆破片的計(jì)算方法有兩類(lèi)。一類(lèi)是力學(xué)工作者所采用的理論分析法，該法以某一特定的力學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，雖然在理論上比較嚴(yán)密，但數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜，沒(méi)有通用性，文獻(xiàn)Journal of Applied Mechanics.Dec.1955，PP.533中有此類(lèi)分析法的介紹。另一類(lèi)是工程上所采用的近似分析法，文獻(xiàn)Journal of Applied Mechanics.Dec.1959，pp.621中對(duì)此法有記載。這種近似分析法以?xún)牲c(diǎn)假設(shè)為基礎(chǔ);幾何假設(shè)和物理假設(shè)。這些假設(shè)總會(huì)使爆破壓力的計(jì)算產(chǎn)生較大的誤差，同時(shí)所用爆破片材料的性能參數(shù)由泊材的單向拉伸試驗(yàn)獲得，而泊材厚度一般為0.05～1.00mm，單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果的分散帶往往超出了爆破片本身所允許的偏差范圍，這也會(huì)給計(jì)算在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)難以避免的附加誤差。目前爆破片的設(shè)計(jì)程序是，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行近似估算，按估算結(jié)果進(jìn)行爆破試驗(yàn)，按試驗(yàn)結(jié)果修改原估算結(jié)果，再進(jìn)行爆破試驗(yàn)。這種反復(fù)一直進(jìn)行到試驗(yàn)所得爆破壓力在某一規(guī)定的制造范圍內(nèi)為止。這種取決于試探性爆破試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法會(huì)使爆破片的成本大為增加。
為了改變上述爆破片設(shè)計(jì)計(jì)算中的缺點(diǎn)，尋求一種既能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)精度要求，又能降低爆破片制造成本的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，特設(shè)計(jì)了本發(fā)明。
本發(fā)明構(gòu)思是，由相似原理出發(fā)，分析相似條件，采用?；侄芜M(jìn)行設(shè)計(jì)。
利用本發(fā)明進(jìn)行爆破片設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)程序如下
在爆破片爆破試驗(yàn)裝置上，對(duì)用于制造爆破片的泊材進(jìn)行模型試驗(yàn)，由此模型試驗(yàn)得出材料的性能參數(shù)-爆破系統(tǒng)K。由相似原理和試驗(yàn)確定相似關(guān)系，按此相似關(guān)系進(jìn)行相似放大或縮小，將爆破系數(shù)K推廣到各個(gè)相似系統(tǒng)中去，從而設(shè)計(jì)出各種幾何尺寸的爆破片。
材料的軋制狀態(tài)及熱處理狀態(tài)會(huì)影響材料的性能參數(shù)。如果所設(shè)計(jì)的爆破片需考慮時(shí)效效應(yīng)，應(yīng)對(duì)求解爆破系統(tǒng)K時(shí)的模型試驗(yàn)爆破片進(jìn)行時(shí)效處理。如果所設(shè)計(jì)的爆破片在非常溫下工作，應(yīng)在相應(yīng)溫度下進(jìn)行求解K的模型試驗(yàn)。在這兩種情況下，反映爆破片爆破性能的相似關(guān)系不變。
爆破片爆破試驗(yàn)裝置采用爆破片夾持器，夾持器如附圖所示，其中〔1〕是爆破片，〔2〕是緊固螺栓，〔3〕是夾持器上蓋，〔4〕是夾持器下蓋。
附圖1是進(jìn)行爆破試驗(yàn)所采用的凸臺(tái)型夾持器，當(dāng)爆破片口徑d≥100mm時(shí)，采用凸臺(tái)型夾持器，di是凸臺(tái)直徑，e是凸臺(tái)高度。
附圖2是進(jìn)行爆破試驗(yàn)所采用的平面型夾持器，當(dāng)d＜100mm時(shí)，采用平面型夾持器。
下面以拉伸型爆破片為例說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施。
通過(guò)因素分析和試驗(yàn)考察證明，反映爆破片爆破特性的因素有
爆破片的初始厚度So，單位mm;
爆破片的內(nèi)徑d，單位mm;
爆破片夾持器的圓角半徑r，單位mm;
爆破片材料應(yīng)變硬化特性的m個(gè)常數(shù)。Aj(j＝1，2，3，…，m)，單位kg/cm2;
爆破片材料的單向拉伸強(qiáng)度限6b，單位kg/cm2;
爆破片的爆破壓力Pb，單位kg/cm2。
對(duì)上述因素進(jìn)行因次分析得
Pb/σb=f( (S0)/(d) · (r)/(d) · (Aj)/(σb) )
由正交試驗(yàn)可知， (S0)/(d) · (r)/(d) 及 (Aj)/(σb) 對(duì)爆破片爆破壓力的影響是相互獨(dú)立的，因此有
Pb/σb=f1( (S0)/(d) )f2( (r)/(d) )f3( (Aj)/(σb) )
或?qū)懗蒔b=kf1( (S0)/(d) )f2( (r)/(d) )，其中K＝6bf3( (Aj)/(6b) )。
對(duì)周邊夾持，一側(cè)受靜壓力作用的金屬爆破片的定解方程進(jìn)行相似分析和試驗(yàn)驗(yàn)證得
Pb∝( (S0)/(d) )
因此有Pb=kf2( (r)/(d) )( (S0)/(d) )。用特定內(nèi)徑的爆破片模型進(jìn)行試驗(yàn)得f2＝(1-k1(r)/(d) )，k1為無(wú)量綱常數(shù)。
最后得出反映爆破片爆破特性的相似關(guān)系
Pb=K(1-K1(r)/(d) )( (S0)/(d) )
其中k由模型試驗(yàn)結(jié)果代入下式求出
<math><mi>K = </mi><mfrac><mrow><mi>1</mi></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mi>l = 1</mi><mi>N</mi></munderover><mrow><mi> 〔 (</mi><mfrac><mrow><msub><mi>P </mi><mi>b</mi></msub><mi> d</mi></mrow><mrow><msub><mi>S </mi><mi>0</mi></msub></mrow></mfrac><mi>)</mi></mrow><msub><mi> (1- K </mi><mi>1</mi></msub><mfrac><mrow><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>d</mi></mrow></mfrac><mi> ) 〕 i</mi></math>
其中N為模型試驗(yàn)次數(shù)。
有了爆破片材料的爆破系統(tǒng)k以及反映爆破片爆破特性的相似關(guān)系，就可以設(shè)計(jì)出任何幾何尺寸的爆破片。
這里求解爆破系統(tǒng)k的模型是一個(gè)特定內(nèi)徑的爆破片，和其它幾何和材料因素?zé)o關(guān)。
用這種模化設(shè)計(jì)法進(jìn)行爆破片設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)爆破片爆破壓力的最大可能相對(duì)誤差為±3σ/k。其中k的均方差σ也由模型試驗(yàn)結(jié)果代入下式求得
<math><mi>σ = </mi><msqrt><mfrac><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mi>i = 1</mi><mi>N</mi></munderover><mrow><msup><mi> (k i - k ) </mi><mi>2</mi></msup></mrow></mrow><mrow><mi>N - 1</mi></mrow></mfrac></msqrt></math>
在一定試驗(yàn)系統(tǒng)下，σ只取決于爆破片泊材的質(zhì)量，如果泊材質(zhì)量合格，就能得證?；O(shè)計(jì)法滿(mǎn)足爆破片的設(shè)計(jì)精度。下表給出了幾種爆破片泊材的爆破系數(shù)k及?；O(shè)計(jì)方法的最大可能相對(duì)誤差。
材料Kσ3σ／KSUS321275901551.68%SUS316246001321.61%L42900323.30%
本發(fā)明的效果是，在設(shè)計(jì)爆破片時(shí)無(wú)需對(duì)泊材進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，無(wú)需對(duì)所設(shè)計(jì)的爆破片進(jìn)行驗(yàn)證性爆破試驗(yàn)，便可以設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足精度要求的爆破片，既降低了生產(chǎn)成本，又縮短了制造進(jìn)程，適于批量生產(chǎn)。由于計(jì)及了時(shí)效效應(yīng)，提高了爆破片的使用精度。同時(shí)用溫度下的模型試驗(yàn)代替溫度下對(duì)所設(shè)計(jì)爆破片進(jìn)行試驗(yàn)，解決了溫度下對(duì)所設(shè)計(jì)爆破片進(jìn)行試驗(yàn)的技術(shù)困難。
權(quán)利要求
1、壓力系統(tǒng)防超壓安全元件的設(shè)計(jì)方法，一種壓力系統(tǒng)爆破片的設(shè)計(jì)方法，在作出幾何假設(shè)和物理假設(shè)的基礎(chǔ)上，采用單向拉伸試驗(yàn)獲得爆破片材料的性能參數(shù)，本發(fā)明的特征是設(shè)計(jì)中所用到的材料性能參數(shù)-爆破系數(shù)K由模型試驗(yàn)得出，設(shè)計(jì)時(shí)將模型試驗(yàn)結(jié)果按照相似關(guān)系進(jìn)行相似放大或縮小。
2、按權(quán)利要求
1所述的爆破片設(shè)計(jì)方法，其中對(duì)于拉伸型爆破片，反映其爆破特性的相似關(guān)系是
Pb=K(1-K1(r)/(d) )( (S0)/(d) )
爆破系數(shù)K由下式確定
<math><mi>K = </mi><mfrac><mrow><mi>1</mi></mrow><mrow><mi>N</mi></mrow></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mi>l = 1</mi><mi>N</mi></munderover><mrow><mi> 〔 (</mi><mfrac><mrow><msub><mi>P </mi><mi>b</mi></msub><mi> d</mi></mrow><mrow><msub><mi>S </mi><mi>0</mi></msub></mrow></mfrac><mi>)</mi></mrow><msub><mi> (1- K </mi><mi>1</mi></msub><mfrac><mrow><mi>r</mi></mrow><mrow><mi>d</mi></mrow></mfrac><msub><mi> ) 〕 </mi><mi>i</mi></msub></math>
3、按權(quán)利要求
2所述的爆破片設(shè)計(jì)方法，其中求解爆破系數(shù)K的模型是一個(gè)特定內(nèi)徑的爆破片，與爆破片其它幾何和材料因素?zé)o關(guān)。
4、按權(quán)利要求
1、2、3所述的爆破片設(shè)計(jì)方法，其中當(dāng)所設(shè)計(jì)的爆破片需考慮時(shí)效效應(yīng)時(shí)，對(duì)求解爆破系數(shù)K時(shí)的模型試驗(yàn)爆破片進(jìn)行時(shí)效處理。
5、按權(quán)利要求
1、2、3所述的爆破片設(shè)計(jì)方法，其中當(dāng)所設(shè)計(jì)的爆破片在非常溫工作時(shí)，在相應(yīng)溫度下進(jìn)行求解K的模型試驗(yàn)。
6、按權(quán)利要求
1、2、3所述的爆破片設(shè)計(jì)方法，其中爆破片內(nèi)徑d≥100mm時(shí)，采用凸臺(tái)型夾持器，爆破片內(nèi)徑d＜100mm時(shí)，采用平面型夾持器。
專(zhuān)利摘要
一種爆破片的?；O(shè)計(jì)方法，屬于壓力系統(tǒng)防超壓安全元件的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的理論分析法運(yùn)算復(fù)雜，不易工程應(yīng)用，傳統(tǒng)的近似分析法難于達(dá)到精度要求，采用試探性爆破試驗(yàn)使爆破片成本增加。本發(fā)明的模化設(shè)計(jì)法只需對(duì)爆破片模型進(jìn)行爆破試驗(yàn)，確定泊材的爆破系數(shù)K，再將它推廣到各個(gè)相似系統(tǒng)中去，進(jìn)行各種爆破片尺寸設(shè)計(jì)。這種爆破片模化設(shè)計(jì)法既滿(mǎn)足了精度要求，又降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)F17C13/00GK85102877SQ85102877
公開(kāi)日1986年10月15日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者賀匡國(guó), 丁信偉, 李志義, 宋永鋒 申請(qǐng)人:大連工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan