Page 173 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 张保勇，等： 不同迎爆面结构的泡沫金属对甲烷气体爆炸传播阻隔性能的实验研究 第 2 期

1 实 验

1.1 材料
3
实验材料为泡沫铁镍合金，孔隙密度为 30 PPI (pores per inch)，体密度为 0.4～0.5 g/cm ，拉伸强度不
低于 50 MPa，抗压强度不低于 250 kPa（材料压缩应变为 0.5 时的应力值）。如图 1 所示，泡沫铁镍合金试样由前
后面板两部分组成，试样材料整体侧视图拍摄时利用台钳进行固定。对前面板，在实验前通过线切割
的方法，将厚度为 20 mm 的实验材料在基础厚度为 15 mm 的前提下，在迎爆面制备成厚度均为 5 mm、
角度分别为 30°、60°、90°的锯齿形波纹。后面板厚度统一为 10 mm，用于比较前面板的防护性能。实
验具体设计参数如表 1 所示，实验 1 作为参考实验，前面板基础厚度为 15 mm 并且未在其迎爆面进行
处理。

Front panel Rear panel Overall side view Front panel Rear panel Overall side view
(a) Experiment 1 (b) Experiment 2

Front panel Rear panel Overall side view Front panel Rear panel Overall side view
(c) Experiment 3 (d) Experiment 4
图 1 实验材料
Fig. 1 Experimental materials

表 1 实验材料迎爆面设计参数
Table 1 Design parameters of the blast front for the experimental material
−3
实验 材料 体密度/(g·cm ) 锯齿角度/(°) 锯齿厚度/mm 材料厚度/mm 被破坏
1 0 0 15 是
2 30 5 15+5 否
泡沫铁镍 0.5
3 60 5 15+5 是
4 90 5 15+5 是

1.2 设备
实验系统如图 2 所示，由点火系统、配气系统、爆炸腔体、数据采集系统和爆炸扩散管路 5 个部分
组成。爆炸腔体为长度 1 600 mm、外径 300 mm 的空心柱体，容积为 109 dm ，用于存储甲烷混合气并进
3
行点火。爆炸腔体末端由直径 300 mm、厚度 40 mm 的圆形钢板焊接密封，在圆形钢板中心处留有直径
118 mm 的圆孔与后端扩散管路进行连接。爆炸腔体末端与扩散管路连接处装有厚度为 0.3 mm、破膜压
力为 90 kPa 的聚四氟乙烯薄膜封闭，并在夹持器边缘由橡胶圈进行密封，用来确保腔体内部的密封性。
配气系统主要设备为真空泵，在常温常压条件下由真空泵将爆炸腔体部分空气抽出，使腔体形成一个相
对负压状态，所需可燃气体在此状态下被填充到爆炸腔体中，依据实验所需充入纯度 99.99% 的甲烷气
体制备甲烷体积分数为 9.5% 的甲烷-空气混合气体。在爆炸腔体前端装配有点火电压为 220 V、点火能

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