張瑞雪, 曲艷東,2, 于 躍, 吳錦達(dá), 許柏園, 厲擎陽(yáng)

(1.遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州121001；2.大連民族大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 大連116650)

由于恐怖襲擊和爆炸事故的頻繁發(fā)生，許多結(jié)構(gòu)可能承受爆炸沖擊載荷[1-3]。爆炸沖擊載荷已成為致使管道泄漏和損傷破壞的主要原因之一。螺栓法蘭連接能提高管道的密封性能，有效降低其泄漏率[4]。最近，研究者們開(kāi)始關(guān)注螺栓法蘭結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。其中，田彤輝等[5]實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在橫向沖擊載荷作用下螺栓螺母會(huì)發(fā)生明顯的彎曲變形，墊片和剪力銷(xiāo)都沒(méi)有明顯變形。王坤等[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在爆炸沖擊作用下螺栓連接系統(tǒng)對(duì)泄爆墊片產(chǎn)生重大影響。王慧等[7]構(gòu)建了洪水沖擊作用下管道法蘭連接處螺栓失效判定模型，研究了管道法蘭連接處的螺栓安全狀況。陳銳林等[8]數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)爆炸沖擊波入射角對(duì)法蘭連接結(jié)構(gòu)中墊片的影響較小，對(duì)螺栓連接影響較大，適當(dāng)?shù)臏p小墊片的厚度，在一定程度上可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗爆性能。目前，數(shù)值模擬已成為一種研究爆炸問(wèn)題的重要方法，只要方法得當(dāng)，模擬結(jié)果就能與實(shí)際相吻合[9-14]。但是，從目前研究現(xiàn)狀來(lái)看，鮮有探究炸藥當(dāng)量和爆距等因素對(duì)螺栓法蘭連接管道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響的報(bào)道。此外，法蘭墊片是法蘭連接密封性的重要構(gòu)件，因其耗能較小，以往的研究多忽略法蘭墊片的吸能作用。為了減少法蘭墊片密封失效而引起法蘭管道泄露的事故發(fā)生，有必要初步揭示其在爆炸載荷作用下的吸能規(guī)律。

基于此，本文利用ANSYS/LS-DYNA，數(shù)值模擬研究了空爆載荷作用下(爆距為100～250 cm，炸藥當(dāng)量為1 000～16 000 g)螺栓法蘭管道的動(dòng)力學(xué)性能及法蘭墊片的吸能規(guī)律，以期為螺栓法蘭管道等相關(guān)工程提供一定的技術(shù)幫助。

1 有限元模型

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件

依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[15]，選取小尺度FF型全平面對(duì)焊鋼制法蘭連接管道為研究對(duì)象，探究其在爆炸載荷作用下的動(dòng)力學(xué)性能。整個(gè)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1所示。螺栓法蘭管道尺寸如表1所示。

圖1 螺栓法蘭管道的結(jié)構(gòu)

表1 螺栓法蘭管道尺寸

1.2 計(jì)算模型

因結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，采用1/2結(jié)構(gòu)建模，模型均采用八節(jié)點(diǎn)的 SOLID 164單元(見(jiàn)圖2)。管道和法蘭連接、墊片都采用掃略劃分網(wǎng)格。其中，管道網(wǎng)格尺寸為1 cm，法蘭盤(pán)網(wǎng)格尺寸為1 cm；法蘭盤(pán)螺栓孔位置進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，與墊片和螺栓網(wǎng)格尺寸一致均為0.35 cm。

圖2 螺栓法蘭管道的有限元模型

采用美國(guó)軍方計(jì)算爆炸載荷的經(jīng)驗(yàn)算法——CONWEP理論模型算法。該算法適用于自由空氣場(chǎng)近爆計(jì)算，其加載方便，模型計(jì)算省時(shí)。對(duì)稱(chēng)邊界面采用對(duì)稱(chēng)邊界條件，法蘭與管道、法蘭盤(pán)與法蘭墊片、螺栓與法蘭盤(pán)、螺母與法蘭盤(pán)、螺栓與螺母間的接觸類(lèi)型定義為面面接觸，計(jì)算時(shí)間為104μs。螺栓的接觸分析采用溫度載荷法施加預(yù)緊力，通過(guò)轉(zhuǎn)換公式將預(yù)緊力換算為等效的溫度載荷，施加在螺栓實(shí)體單元上[8,16]。

根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，螺栓的預(yù)緊應(yīng)力取屈服應(yīng)力的30%，則預(yù)緊力與溫度載荷的換算公式為[9]

(1)

式中：σ為法蘭材料的屈服強(qiáng)度，MPa；α為螺栓的熱膨脹系數(shù)；E為彈性模量，GPa；ΔT為溫度載荷，℃。

1.3 材料模型

選用TNT炸藥，其密度和爆速分別為1.63 g/cm3和6.93×103m/s。鋼管選用06Cr19Ni10奧氏體不銹鋼焊接鋼管[17]，選取文獻(xiàn)[8]中316L(00Cr17Ni14M02) 奧氏體型不銹鋼作為法蘭盤(pán)材料，選取35CrMoA合金鋼為螺栓材料，管道和法蘭盤(pán)以及螺栓均采用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型，墊片材料為聚氨酯橡膠[8]，采用*MAT_BLATZ_KO_RUBBER材料模型，具體材料參數(shù)如表2所示。

表2 材料參數(shù)

1.4 計(jì)算工況

研究炸藥當(dāng)量W和爆距D對(duì)螺栓法蘭管道的動(dòng)力學(xué)性能的影響，計(jì)算工況如表3所示。

表3 計(jì)算工況

1.5 模型網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)格尺寸直接影響計(jì)算時(shí)間和精度[18]。選擇合適的單元尺寸以避免結(jié)果與網(wǎng)格尺寸的任何依賴(lài)性。為了模擬和預(yù)測(cè)在爆炸沖擊載荷作用下各種工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，許多研究者開(kāi)展了網(wǎng)格密度敏感性分析。例如，蔣國(guó)慶等[19]研究發(fā)現(xiàn)螺栓網(wǎng)格尺寸為0.5～0.6 cm，法蘭盤(pán)網(wǎng)格尺寸為0.3～0.4 cm時(shí)能得到較為精確的有限元計(jì)算模型。Zukas等[21]探討了網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)格長(zhǎng)寬比和網(wǎng)格形狀等對(duì)模擬精度的影響。Jin等[21]采用非均勻爆炸壓力分布模型的高保真物理分析時(shí)也進(jìn)行了網(wǎng)格靈敏分析。此外，其他研究人員也進(jìn)行了類(lèi)似研究[22-23]。

綜合考慮計(jì)算機(jī)模擬條件和計(jì)算時(shí)間的限制，本研究的網(wǎng)格尺寸是可以接受的。

2 模型合理性分析

在數(shù)值計(jì)算的過(guò)程中，有限元模型系統(tǒng)中的能量守恒為驗(yàn)證模型合理及有效性的基本標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)總能量、動(dòng)能、內(nèi)能和沙漏能的時(shí)程曲線如圖3所示。根據(jù)沙漏能不超過(guò)總能量的10%原則[24-25]，經(jīng)過(guò)計(jì)算，系統(tǒng)最大沙漏能占系統(tǒng)總能量之比為4.69%，沙漏能占比越低越能保證計(jì)算結(jié)果的合理性。此外，文中選取的材料參數(shù)選自文獻(xiàn)[8]和相應(yīng)的規(guī)范規(guī)定，數(shù)值仿真模型的建立、邊界條件的選取、接觸類(lèi)型的定義都是在大量相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上確定的，故本文所建模型及預(yù)測(cè)結(jié)果是合理可靠的。

圖3 系統(tǒng)中各能量的時(shí)程

3 結(jié)果與討論

3.1 螺栓法蘭管道動(dòng)力響應(yīng)分析

由TNT炸藥當(dāng)量16 000 g、爆距100 cm 時(shí)，螺栓法蘭管道的von Mises應(yīng)力云圖(見(jiàn)圖4)可以看出，由于爆炸沖擊載荷的瞬時(shí)性特點(diǎn)，會(huì)在空中瞬間形成高壓沖擊波。在1 000 μs前，爆炸沖擊波尚沒(méi)有傳到螺栓法蘭管道處，此時(shí)整個(gè)管道結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力仍為預(yù)先施加的預(yù)緊力(見(jiàn)圖4a)；當(dāng)1 470 μs時(shí)，爆炸沖擊波已到達(dá)距離爆心最近的法蘭盤(pán)上，此時(shí)管道的應(yīng)力逐漸增大(見(jiàn)圖4b)；當(dāng)1 610 μs時(shí)，法蘭盤(pán)邊緣產(chǎn)生了塑性變形，螺栓法蘭管道的峰值應(yīng)力為467.7 MPa(見(jiàn)圖4c)；當(dāng)2 345 μs時(shí)，螺栓法蘭管道的峰值應(yīng)力已降低，此時(shí)最大值為298.9 MPa，且應(yīng)力沿著法蘭盤(pán)正中心向管道兩側(cè)擴(kuò)展；隨著傳播時(shí)間的進(jìn)一步增加，應(yīng)力已傳播到兩側(cè)管道最外邊緣，峰值應(yīng)力呈衰減變化(見(jiàn)圖4d～圖4f)，大約10 000 μs時(shí)，螺栓法蘭管道的應(yīng)力峰值持續(xù)減小，管道與螺栓法蘭連接之間接觸處的應(yīng)力集中現(xiàn)象基本消失。

圖4 不同時(shí)刻(D=100 cm, W=16 000 g)螺栓法蘭管道1/2模型von Mises 應(yīng)力分布

由螺栓法蘭管道典型單元的應(yīng)力時(shí)程曲線(見(jiàn)圖5)可以看出，在爆炸沖擊載荷作用下，大約在1 000 μs 時(shí)法蘭迎爆面的應(yīng)力呈跳躍上升，而管道迎爆面應(yīng)力趨勢(shì)平緩(見(jiàn)圖5a)。分析原因，主要是由于法蘭距離爆心較近，先受到爆炸沖擊波作用而產(chǎn)生形變，隨后將部分爆炸能量逐漸向管道四周傳遞，法蘭的應(yīng)力呈下降趨勢(shì)。對(duì)比管道與法蘭背爆面典型單元的應(yīng)力時(shí)程曲線(見(jiàn)圖5b)不難看出,管道背爆面和法蘭的背爆面應(yīng)力曲線都有達(dá)到峰值后突然下降的趨勢(shì)，之后趨于穩(wěn)定。然而，法蘭承受了較大的爆炸沖擊波，在一定程度上能有效防止管道的泄露和破壞。

圖5 螺栓法蘭管道典型單元的應(yīng)力時(shí)程(W=16 000 g, D=100 cm)

不同工況下正對(duì)爆心位置法蘭盤(pán)(B)的迎爆面和背爆面的典型節(jié)點(diǎn)(編號(hào)：167849、142334)的速度時(shí)程曲線如圖6所示。當(dāng)爆距D=100 cm時(shí)，隨著炸藥當(dāng)量的增加，法蘭盤(pán)迎爆面節(jié)點(diǎn)(編號(hào)：167849)達(dá)到最大振速的時(shí)間差值逐漸減小，炸藥當(dāng)量越大，法蘭盤(pán)達(dá)到峰值振速的時(shí)間越短(見(jiàn)圖6 a)。當(dāng)D=250 cm時(shí)，法蘭盤(pán)迎爆面典型節(jié)點(diǎn)(編號(hào)：167849)達(dá)到最大峰值的時(shí)間逐漸增大，但對(duì)應(yīng)的峰值振速也隨之增大。同時(shí)，法蘭盤(pán)的迎爆面與背爆面節(jié)點(diǎn)的最大振速均隨著炸藥當(dāng)量的增加而增大，且迎爆面最大振速大于背爆面。

圖6 法蘭盤(pán)(B)正對(duì)爆心位置中心節(jié)點(diǎn)的速度時(shí)程

3.2 螺栓的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

不同時(shí)刻螺栓的von Mises 應(yīng)力時(shí)程曲線如圖7所示。從圖7a可知，預(yù)先對(duì)螺栓施加預(yù)緊力，此時(shí)螺栓的峰值應(yīng)力為113.8 MPa。在 1 050 μs 時(shí)爆炸沖擊波已抵達(dá)法蘭盤(pán)，正對(duì)爆心的法蘭盤(pán)產(chǎn)生一定屈服發(fā)生塑性形變，而裸露在空氣中的螺桿受到部分爆炸沖擊波作用產(chǎn)生應(yīng)力變化。在1 470 μs 時(shí)，最右側(cè)螺栓產(chǎn)生最大應(yīng)力值，此時(shí)爆炸沖擊波已從正對(duì)爆心的螺栓傳播到最右側(cè)螺栓上，應(yīng)力峰值為238.6 MPa(見(jiàn)圖7 b)。在1 610 μs時(shí)，由于螺栓受到預(yù)緊力作用，法蘭盤(pán)的擠壓以及爆炸沖擊波和反射波、折射波疊加作用使正對(duì)爆心位置的螺栓發(fā)生明顯變形并再次將能量向螺栓周?chē)鷤鬟f，在1 960 μs 時(shí)達(dá)到最大應(yīng)力值472.2 MPa 后逐漸減小。螺栓典型單元的應(yīng)力時(shí)程曲線(H182518是螺桿單元、H154906是螺帽單元)如圖8所示。在1 000 μs 時(shí)，螺帽單元和螺桿單元均受到爆炸沖擊載荷作用，應(yīng)力曲線迅速上升，主要是由于螺栓法蘭管道為瞬態(tài)受力，爆炸沖擊波使螺栓發(fā)生彎曲變形并向四周傳播，導(dǎo)致螺帽(H154906)單元、螺桿單元(H182518)的應(yīng)力呈降低趨勢(shì)，此現(xiàn)象與圖7相吻合。

圖7 不同時(shí)刻(D=100 cm,W=16 000 g)1/2模型螺栓的 von Mises 應(yīng)力分布

從圖8可以看出，螺桿單元(H182518)的有效應(yīng)力峰值要高于螺帽單元(H154906)。這主要是由于螺栓的屈服強(qiáng)度要大于法蘭盤(pán)的屈服強(qiáng)度。當(dāng)法蘭盤(pán)產(chǎn)生塑性形變時(shí)，只有暴露在空氣中的螺桿產(chǎn)生較小的塑性變形，隨著時(shí)間的推移，在法蘭盤(pán)內(nèi)部的螺桿受到預(yù)緊力、法蘭盤(pán)的擠壓以及爆炸沖擊波等多重載荷的作用發(fā)生較為明顯的彎曲變形。螺帽則主要以自身的剛度和受到預(yù)緊力共同抵御爆炸沖擊波，在爆炸沖擊波的作用下產(chǎn)生較為穩(wěn)定的應(yīng)力變化。

圖8 典型螺栓單元的應(yīng)力時(shí)程

由不同工況下螺栓單元的位移時(shí)程曲線(見(jiàn)圖9)可以看出，螺桿和螺帽之間的相互約束以及預(yù)緊力作用是造成螺桿單元(H182518)和螺帽單元(H154906)的位移曲線趨勢(shì)變化基本相同的主要原因。與螺帽單元(H154906)的位移曲線相對(duì)比，螺桿單元(H182518)受到爆炸沖擊波的作用更為顯著，曲線的波動(dòng)更強(qiáng)，螺母受到自身的約束作用，曲線波動(dòng)較小。當(dāng)爆距為100 cm時(shí)，不同炸藥當(dāng)量所呈現(xiàn)的位移曲線變化趨勢(shì)也隨之不同。炸藥當(dāng)量越大，螺栓振速越快，產(chǎn)生的位移變化越大。當(dāng)炸藥當(dāng)量為16 000 g時(shí)，螺栓大約經(jīng)過(guò)一個(gè)6 000 μs周期性位移變動(dòng)；當(dāng)炸藥當(dāng)量為8 000 g時(shí)，曲線呈近似直線上升的趨勢(shì)，還未達(dá)到周期峰值；炸藥當(dāng)量為1 000 g時(shí)，曲線一直在小幅度地波動(dòng)，此時(shí)螺栓每經(jīng)過(guò)1 000 μs達(dá)到一個(gè)周期變化，當(dāng)爆距為250 cm時(shí)，螺栓的位移一直處于波動(dòng)狀態(tài)。

圖9 不同工況下典型螺栓單元的位移時(shí)程

3.3 墊片的破壞形態(tài)及動(dòng)力響應(yīng)分析

法蘭墊片是螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)增加密封性的重要構(gòu)件，因此探究不同工況條件下爆炸沖擊載荷對(duì)法蘭墊片的影響具有重要意義。墊片的損傷破壞程度是其抗爆性能的一個(gè)體現(xiàn)。爆距為100 cm，炸藥當(dāng)量為16 000 g時(shí)法蘭墊片的有效應(yīng)力云圖如圖10所示。由于螺栓預(yù)緊力作用使法蘭墊片在初始狀態(tài)時(shí)就有應(yīng)力變化，隨著時(shí)間進(jìn)一步變化，內(nèi)側(cè)墊片逐漸受到螺栓預(yù)緊的作用，外側(cè)墊片的受力面積小，所以受到的螺栓預(yù)緊力作用最為明顯。當(dāng)施加爆炸沖擊載荷時(shí)，爆炸沖擊波抵達(dá)法蘭盤(pán)時(shí)，最外側(cè)法蘭墊片先受到?jīng)_擊波的影響，內(nèi)側(cè)墊片受到爆炸沖擊波作用沿著徑向方向逐漸擴(kuò)展。在1 470 μs時(shí)，墊片基本全部受到爆炸沖擊波的作用，從圖10可以看出：最外側(cè)墊片正對(duì)爆心位置發(fā)生輕微彎曲變形；在2 345 μs時(shí)，應(yīng)力峰值達(dá)到1.05 MPa，墊片此時(shí)除了受到爆炸沖擊波作用還受到法蘭盤(pán)對(duì)其壓縮作用；在7 945 μs時(shí)，內(nèi)側(cè)墊片靠近管道內(nèi)邊緣的部分也產(chǎn)生明顯的彎曲變形；10 000 μs 時(shí)，應(yīng)力變化較為穩(wěn)定，由于橡膠法蘭墊片彈性性能較好，因此在爆炸沖擊載荷作用下不易破壞，抵御小炸藥當(dāng)量的抗爆能力性能比較好。

圖10 不同時(shí)刻(D=100 cm, W=16 000 g)1/2模型法蘭墊片的破壞形態(tài)

由不同工況條件下法蘭墊片典型單元的位移時(shí)程(見(jiàn)圖11)可以看出當(dāng)炸藥當(dāng)量為1 6000 g，在1 000～2 000 μs時(shí)爆炸沖擊波抵達(dá)螺栓法蘭管道后，法蘭墊片自身的內(nèi)能和動(dòng)能迅速增大，墊片迎爆面受到爆炸沖擊作用，位移曲線快速上升后有小幅度地減小，之后法蘭墊片的位移變化曲線處于波動(dòng)狀態(tài)。在大約6 000 μs時(shí)，位移曲線再次呈上升趨勢(shì)，主要是由于爆炸沖擊波與螺栓法蘭管道相接觸時(shí)產(chǎn)生反射波和折射波疊加，導(dǎo)致二次沖擊波和壓力載荷增強(qiáng)引起的彈性變形。此后，法蘭墊片每經(jīng)過(guò)大約2 000 μs達(dá)到一個(gè)周期性變化，且隨著炸藥當(dāng)量的減小，墊片迎爆面達(dá)到周期峰值的速度越慢。同時(shí)，法蘭墊片的背爆面位移曲線呈一定規(guī)律性的周期振動(dòng)變化，經(jīng)過(guò)一個(gè)位移周期所用時(shí)間要大于其迎爆面一個(gè)位移周期的時(shí)間。這主要是由于正對(duì)爆心的墊片迎爆面吸收爆炸沖擊波的能量較多，抵擋了爆炸沖擊對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)比圖11 b與圖11 a可知，炸藥當(dāng)量越大，法蘭墊片達(dá)到峰值位移的速度越快，產(chǎn)生的位移變化也越大，墊片迎爆面典型單元的最大位移值分別是背爆面中心節(jié)點(diǎn)最大位移值的2倍多?？傊?，相同炸藥當(dāng)量條件下，爆距越大，墊片達(dá)到峰值位移的速度越小，爆炸沖擊波對(duì)法蘭墊片的影響越小。

圖11 墊片中間節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程

由不同條件下墊片典型單元有效應(yīng)力曲線(見(jiàn)圖12)可以看出，當(dāng)爆距相同時(shí)，隨著炸藥當(dāng)量的增加，其法蘭墊片的峰值有效應(yīng)力也逐漸增加(見(jiàn)圖12 a)。當(dāng)單元的應(yīng)力達(dá)到峰值后逐漸下降趨于穩(wěn)定，變化幅度較小(見(jiàn)圖12 b)。與圖12 a對(duì)比發(fā)現(xiàn)，炸藥當(dāng)量和爆距均會(huì)對(duì)法蘭墊片的有效應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)爆距相同時(shí)，炸藥當(dāng)量越大，法蘭墊片產(chǎn)生的影響越大；當(dāng)炸藥當(dāng)量相同時(shí)，爆距越大，墊片的峰值應(yīng)力越小。法蘭墊片的吸能作用是影響減小螺栓法蘭管道泄漏的主要因素之一，因此下面將從不同炸藥當(dāng)量和爆距的情況下探討法蘭墊片的吸能規(guī)律。

圖12 不同爆距時(shí)墊片典型單元的有效應(yīng)力

由不同工況下法蘭墊片的能量時(shí)程(見(jiàn)圖13)可以看出法蘭墊片吸收能量較小，內(nèi)能和動(dòng)能所占比例不大。當(dāng)炸藥當(dāng)量為1 000 g、爆距為100 cm時(shí)，爆炸沖擊載荷作用下法蘭墊片的吸能速度逐漸增大，動(dòng)能隨之增加，之后動(dòng)能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，內(nèi)能逐漸增大，對(duì)應(yīng)的動(dòng)能隨之減少，使之墊片扭曲變形(見(jiàn)圖13 a)。沖擊波到達(dá)螺栓法蘭管道前時(shí)，一部分會(huì)發(fā)生反射，另一部分會(huì)透過(guò)法蘭盤(pán)之間的空隙，穿過(guò)法蘭墊片，使外側(cè)法蘭墊片中心區(qū)域受剪破壞，出現(xiàn)扭曲變形區(qū)域。同時(shí)外側(cè)法蘭墊片中心產(chǎn)生的變形，使得沖擊能量進(jìn)一步傳播，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)墊片中心區(qū)出現(xiàn)畸變。在爆炸載荷的作用下，墊片吸能速度逐漸增大，動(dòng)能急劇增加，之后隨著結(jié)構(gòu)各部分的相互作用，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。內(nèi)能在6 000 μs之前迅速增加(見(jiàn)圖13 b)，動(dòng)能先增加達(dá)到峰值后進(jìn)入下一階段，內(nèi)能一直在逐漸上升，吸能較快。

圖13 法蘭墊片能量時(shí)程

總之，法蘭墊片是影響螺栓法蘭管道密封性能的關(guān)鍵因素之一。法蘭墊片在一定程度上抵御了爆炸沖擊波的影響。法蘭墊片的吸能規(guī)律與爆距和炸藥當(dāng)量有關(guān)。最外側(cè)墊片的吸能作用有效減小了內(nèi)側(cè)墊片的大幅度彎曲變形。墊片的吸能很好的保護(hù)了螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)，在一定程度上有效地保障了整個(gè)管道的密封性能。

4 結(jié)論

1)在爆炸載荷作用下，法蘭盤(pán)最先達(dá)到屈服狀態(tài)。當(dāng)爆距相同時(shí)，隨著炸藥當(dāng)量的增加，法蘭盤(pán)產(chǎn)生的塑性形變?cè)酱螅浞逯嫡袼僖苍酱蟆?/p>

2)爆距越小，螺栓受到炸藥當(dāng)量作用越明顯。隨著炸藥當(dāng)量的增大，螺栓產(chǎn)生的彎曲變形越明顯，達(dá)到峰值位移的速度越快。爆距越大，螺栓受到炸藥當(dāng)量的影響越小，其位移曲線均處于小幅度波動(dòng)狀態(tài)。螺栓受到預(yù)緊力、爆炸沖擊波以及法蘭盤(pán)的擠壓作用主要發(fā)生彎曲變形。

3)法蘭墊片的吸能規(guī)律與爆距和炸藥當(dāng)量有關(guān)。爆距相同時(shí)，隨著炸藥當(dāng)量的增加，墊片吸收的總能量逐漸增大，相比于炸藥當(dāng)量的影響，爆距對(duì)墊片的吸能影響較大。墊片的吸能很好地保護(hù)了管道間的連接，有效地保障了管道結(jié)構(gòu)的密封性能。