円筒の軸心起爆技術の開発とその応用に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08651112
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 廣江 哲幸 熊本大学, 工学部, 教授 (90218826)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤原 和人 熊本大学, 工学部, 講師 (50219060) ; 松尾 日出男 熊本大学, 工学部, 教授 (00040395)
• Keywords: 発散爆轟波 / 円筒軸心起爆 / 銅細線爆発 / 構成式 / 高速負荷実験

Research Abstract

前年度の研究で一様爆轟の技術開発と基本的な円筒膨張変形実験ができるようになった。本年度はさらに円管素材を変えた実験を行いレーザ干渉法を含む詳細な変形計測を実施するとともに一次元、二次元の数値解析による検討を加え下記の結果を得た。
(1)同一爆薬量を用いた炭素鋼(14%C)とステンレス鋼(SUS304)の円管では膨張変形に大きな差はなかったが後者は延性低下のため円周方向ひずみ約20〜30%以下で破壊が生じたと判断された。
(2)今回新たに導入したレーザ干渉システム(VISAR)による円筒外表面の速度履歴計測は変形の初期においては詳細な挙動計測が可能であり、衝撃波と膨張波が円筒肉厚内部で交互に反射しながら変形速度の加速・減速を繰り返し全体変形が進行する様子が計測できた。ただし円筒膨張の変形が大きく進んだ後や、部分的にも破壊が生ずるようになると計測結果の信頼性に問題があると考えられ、全体的な変形計測にはIMACONのほうが適することが分かった。
(3)円筒の周方向膨張変形に伴う軸方向の動きをコマ撮り写真で計測したが最終段階まで軸方向の伸張は殆どないと判断された。これは二次元数値解析との結果とも合致した。
(4)これまで用いてきた一次元衝撃解析コード(Wondy IIIa)と今回導入した二次元衝撃解析コード(AUTODYN2-D)による数値シミュレーションを試みた。前者では文献データから推定した応力ひずみ曲線を用いたが後者では組込済みのJohnson-Cook(炭素鋼)、Steinberg(ステンレス鋼)の構成式を用いた。構成式による相違はあるが数値解析結果と実験計測とは炭素鋼、ステンレス鋼とも破壊の生じない変形域ではほぼ合致することが分かった。
以上のように円筒の軸心起爆技術は数値解析と組み合わせれば材料の超高速変形実験に利用できることを確認した。

Research Products

• [Publications] T.Hiroe: "Uniform Expansion of Cylinders at High Strain Rates Using an Explosire loading" Proc.Int.Conf. on Condensed Matter under High Pressures.458-465 (1997)
• [Publications] T.Abe: "Explosive-Driven Cylindrical Imploding Shocks in Solid Initiated With an Exploded Etched Copper Mesh" Proc.Int.Conf.on High Pressure Science and Technology. (In press).
• [Publications] T.Hiroe: "Dynamic Behavior of Materials Induced by Explosive Loadings Initiated Using Wire Explosion Techniques" Proc.Int.Workshop on Industrial Applications of Explosion,Shock-Wave and High Pressure Phenomena. (In press).