1 8 Sc La n dTe c h . E n e r g o t i cMi L t e r i a I s . Vo I . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3

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" 風 ^,

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爆発 金 属 円筒 の変形 と分 裂 形 態 に関す る研 究

席江智 幸 ●,藤 原 和人 ., 宮崎康介 事,安部専之 H . 吉 田正典 =

本論 文では,爆 薬の特異な起爆 技術 を用いて平滑な金属 円筒 (炭素鋼,SUS304ステ ン レス 鍋 :

DoxtXL/34×3×1 00mm)を超高速で膨張 させ ている｡すなわち金属 円筒内鮎に PETN

爆薬 を同軸円柱状 (完 全充填 または空気層設 匿)に装填 し,中心軸 に設匪 した銅細線 を コンデ ンサーか らの衝撃電流で一斉爆 発 ･起爆 させて円筒状発散爆舟渡 を生成 した｡ 高速度 カメラ の流 し写真 とコマ撮 り写真か ら円筒 は軸対称,軸方向一様 に高速膨張 (円筒壁速度 :

3‑7 × 10 2 m ･8

4 8‑ 1

,SUS30

1.緒 言

高速輸 送機械 の衝 突や 高エ ネル ギー機器 の爆 発 な どに 対 す る防 災 ･安 全性 の 評 価 にお い て 紘,構 造 部材 や 素材 の超 高速 負 荷 に対す る応 答 特性 の研 究 が不 可欠 であ る｡ また赦近 では爆 発 性 廃 棄物 の安 全処理 や 近傍構 造物 ‑ の被 事 予測 に関係 して最終 的 な破 片 飛 散状 況 の把握 も重 要 な裸題 とな ってい る｡ この よ うな衝 撃的超 高速 負荷においでは材料 中に10

4 8 l

PETN ( pentaer ythri t ol t et r ani t r at e)

ンデ ンサー か らの衝 撃 大砲流 で一 斉爆 発 させ る ことで

PETN

2 0 0 2

6

2 5

2 0 0 2

1 0

1

事倖本大学工学部知能生産システム工学科

〒

8 6 0 1 8 5 5 5

3 9 ‑1 T E L･F A X 0 9 6 ‑ 3 4 2 ‑ 3 6 9 0

e ‑ m ai l hi r o e 触p o . k u n a m o t o ‑ U . a C . j p

爆発衝撃研究チーム

〒3 0 5 ‑ 8 5 6 5

5 T E L 0 2 9 8 ‑ 6L ‑ 4 7 9 0 F A X O 2 9 8 1 61 ‑ 4 7 8 3 e ‑ mai l t ‑ a b e ㊥ ai s t . g o . j p

波 lIぉ よび円筒状発散爆鹿波2)を発生 させ る技術 を開発 して きた｡ そ して これ らの 制御 され た燦 轟波 は各 々, 平板 の剥離破壊 (スポール ).材料 の 円筒状爆 縮 , 円筒 の一様膨 張 な どに利 用 で き る こ とが分 か った｡ 本報 告 では この内. 円筒状 発 散爆 轟波 を発生 させ て金 属 円筒 の 高速膨 張変 形 と破 壊 挙動 の研 究 に適用 した結 果 につ い て報 告 す る｡

本研 究 に類 似 の実験 と して は銅 メ ッシュ爆 発 を利 用 して薄 肉円筒状

PETN

3

1 ' 8 l

Gr ady

本研 究 では,線爆 発技 術の適用 に よ りほぼ完全 な円筒状発散爆血液 を生成

2

code

2

Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a l s . Vo I . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3 17

舵.簡易エネル ギー評価に よる膨 張速度

5)

2.

実験 は牌 木 大学 術隼 ･極 限窮境 研 究セ ン ター の爆 発 実験 設 備 を用 いて実施 した｡ 本研 究 で開 発 した円筒の一様苅速膨瀬実験装匿を

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仏)

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1 8 Sc i . 早 n dTe c h . E n e r g e t i cMa t c r i a l s . Vo L6 4 . No .1 . 2 0 0 3

T a bl e1Ex per iment sandt e 8 tC Ondi t i ons

Cyl i nde r8 i 水色 L e ngt h( mm) ×out erdi 1 0 0( amet or60 er( )×34× mm) ×wal lt hi c kne 8 8( mm) 3

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28 1 6 28

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m 8 g ec o nve r t e rc ame r a e X panB i on 2.Fr ami ngr e c or d8( ba c kn88 h)

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O h r ie )b 80fout

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(C)

Me a8 ur e me nt 80 r Re c o ve r yt e 8 t 8i n8 i det hec

hambe rf i l l e dwi t hc u8 hi oni ng f r ag ment 8 and8 i 2

1 er e C O r d80 fr e c o v e r edf rag me nt 8 a )I ) en8 i t yr( kg･ m

)

7. 9 0×1 0 ･ '( SUS3

0 1 ) ,7 . 8 4×l o l l ( c ar bonS t e el )

b )Fi l l i n

Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a l s , Vo l . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3 1 9

30

J J S

100mm ] (a)

2 4I , S 2

ps

( b)

Fi g . 4 Typi c alf r am i ngr e c o r dsS howi ngt heuni f or me xpans i ona tt hee ar l ys t ag

esandbl o wouto f

gaS( ( a ) : ba c knaS h)andt hec i r c umf er ent i a1S p

2 0 Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a l s . Vo l . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3

T a bl e2Obs er v edr e S ul t 80 fc yl i ndere xpans i o nandanal yt i c alr e 8 u lt 8baa e donene r g y bal anc e

Tbs tc o ndi t i on 8 Ob s e r v e dz e s u l t So f c y kn d e r e X p a n S i O n Anal yt i c a l ( Ob t a i n e df r o ms t r e a kr e

r d B) r e S ul

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Cyl i nde r EX pl o 8 i ve AV e r 喝eWal l Av e r a g eS t r a inr a t e ' hv e 1. v c : t r y a a q 芸( w m a il . . ) mat e r i a1 8 di ame t er( mm) v e l o c i

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1 ) 虎/ R( S ' ' )

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28 752 31 7 00 1 737

Car bo n8 t e el 1 6 337 1 5

300 883

28 6 98 25200 1 750

a)

R out err adi us0 ft hec yl i nde

r .b )Ci r c umf er ent i a l s t r ai nr at e

c )Cal c ul at edf r omGur ne ye quationbasedonenergybalanc e

Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a 一 s . Vo l . 6 4 . No .I . 2 0 0 3 21

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l i nder 8( PETN di a:I 6mm,2 8mm)and( b)t hos ei n

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ar bon 8t eelc yl i nder( PETN di n. :1 6mm) ,and

d ynam i C8 t r e 8 8 ･ 8 t r a

i nmo de) 8f ormet 81 8u8 e d i nt henumer i c al8 i mul a

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ことに弟 目し

,Fi g. 2(

88.4‑99.8%

は 各 々の 破 片 につ い て破 片の 蛸 ･厚 さを計 測 し

収 集 され たデ ー タか ら, 金 属 円 筒の Iq速 破 壊

形 態 の評価 ･検討 を行 った

｡Fi g. 7

回収 した破 JTの 代表的 な写兵 を示す｡ 線 祈材 の効 果で

2

的 な損 傷はほ とん ど受 けていない｡ (

b)

SU

S304

( PETN

16mm)

収破片であ り

,( a)

す｡ 形状 は様 々 で あ る が基本的 には短 冊状 と し, (fI)の よ うに

中央部の 周 方 向

蛸

区別 の容 易 な端 部 の破 片 と微 細 な破 片 は調 査 対 象 か ら除 いた｡ (

C)

PETN

:28mm

( PETN:16mm)

( d)

｡SUS304

Fi g. 8

らつ き は あ るが,破 片幅 は薬径 が 大 きい ほ ど細 く,破 片厚 さは薬 径 に依 らず 同等 で あ る こ とな どの傾 向 が 絡 め られ る｡ 炭 素 鋼 円 筒 の 破 片 に つ い て ち, 傾 向 は 同 じで あ るが測 定 値 の ば らつ きが 大

きか った｡破 片輝 さE(

mm)

形中の 円筒体摘 一 定 と弾性 ひず み を無 視 す れ ば周 方 向 の破 断

ひず み flが推 定で きる｡ また周 方向の破 片幅

β(m m ) か らは

Gr ady

:

r = p

9 ' /2

:∫,密度:〟,ひずみ速度 :.周 方 向幅 :S)を用いれ ば

22 Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a 一 s . Vo l . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3

o

Sc i . a n dTe c h . E n e r g e t i cMa t e r i a l s , Vo l . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3 2 3

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Fr a gmc 血tw idt h:S( mm) ( b)

Fi g. 8Typi c alnumbe rhi s t o g r amO f( a )c i r ･ c umf er e nt i alwi dt h8and( b )t hi c k･

ne 8 Stf orr e c o ver edf r agment se x･

c l uS i v eo fbo t he dg e sandv er y8 mal l one BOfSUS304c yl i nder s. nat i on dei gn8 .

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c ul at e df r agment at i onener g y Cyl i nde rma

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e xam i nedf r agment 8( mm) 9. 47 6. 50 1 6. 2 9. 02 Cal c ul at e da ve r ag ec i r

c umf er ent i aI 44. 7 J I B. 8 42. 7 56. 9 c r i t . i c alS t r a

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( 3)

近 い 破 片数が 少 な くば らつ きが 大 きか った｡

変 形 挙 動 が観 測 され た が , 回 収 破 片輝 さ

計 燦 席 自発 光 を利 用 した破 壊 観 臥 変 形 の数 値 刺 か らひず み 限 界 に よ る破壊 に到 達 して

い 解 析

,

2 4 S c La n dTe c h . E n e r pt j cMa t o r i a l s . Vo l . 6 4 . No .1 . 2 0 0 3

円筒 の材 料 ･寸法 な どを変 えて実験 を継 続 し, 現 象 解 明 と分 裂モ デ ル の捕度 向 上 を図 って ゆ く 予 定 で あ る｡

謝 辞

本研 究 の一 郎 は平成

14

文 献

1)席 江 哲 幸 . 松 尾 r]出 刃. 藤 原 和 人 . 吉 田正 典 . 藤 原 修 三 , 宮 田政 略 . 酒 井 伸 二 . 深 野 剛,安 如尊之.火薬学会誌

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I nt hi spape r ,anex pl os i vel o adi ngt e c hni quei 8appl i edt oS t udyt heuni f or mex pan8 i onor8 mO Ot h wal lc yl i nder叩e C i men( l o w･ c ar bonS t e eland3 048 t ai nl e 8 88 t e el;Do･ t ･ L:34 ‑ 3‑l oomm)athi gh 8 t r ai nr at e. Ac ol ut nnorhi ghexpl o 8 i v ePETNi 8i ns t al l e dc o axi al l yi ns i deac yl i nderS pe c i menand i ni t i at edatt hec ent r alaxi sbye xpl o di ngL i nec o pperw ir e Buさ i ngani mpul s i v edi s c har geC ur r ent f r ot nac apac i t orbank.TheS t r eakandf mmi ngc amer aphot o 8i ndi c at er adi al l yS yJ 7 ) me t r ic aland ax i al l yal mo s tuni f or me x pan8 i onofc yl i nder 8w it ht heav er ag e8 t r ai nr at eOrO V e rl O● 8 ' 1andt hewal l ve l o c i t yof3

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CKumamot oUni v er s i t y .De par t mentofMe c hani c alEngi ne er l ' ngandMat er i81 8Sc i enc e , 2･ 3 9･ IKur ok n m i .Kumamot o86 0･ 85 55,JAPAN

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orExpl os i onSaf et y ,Cent r al5 ,

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