TATB基PBX炸药冲击波感度数值模拟研究

为研究TATB基PBX炸药的冲击波感度,采用显式动力学有限元程序——AUTODYN软件对某TATB基PBX炸药在冲击波作用下的临界起爆特性进行数值模拟。通过小隔板试验和冲击波在有机玻璃隔板中衰减模型的理论计算验证了数值模拟的可靠性,数值模拟中,通过3D模型的计算可以直观地看到在爆炸过程中冲击波传播的运动轨迹,模拟计算出某TATB基PBX炸药临界隔板值在5.5～5.7mm之间,临界起爆压力在3.19～3.44GPa之间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

雷管输出冲击波在有机玻璃中传播衰减的实验研究

有机玻璃因其冲击阻抗与炸药接近而被广泛用作测量冲击波参数的隔板或保护介质。本文用锰铜压阻法测量了雷管底部输出冲击波压力在有机玻璃隔板中的衰减规律,通过对实验数据(X,lnp)进行最小二乘法拟合,得出lnp-x有较好的线性关系。计算得到了雷管输出冲击波在有机玻璃中的衰减系数,并与文献中的同类数据作了对比分析,得出衰减系数与装药直径有关,并且装药直径越小,衰减系数的绝对值越大。文中得出雷管输出冲击波在有机玻璃中的衰减系数-0．3587。     

不同加载压力下炸药冲击起爆过程实验和数值模拟研究

采用炸药平面透镜爆轰加载及空气与隔板综合衰减技术,建立基于锰铜压阻传感器的 一维拉格朗日实验分析系统,得到了3 种加载压力下两种颗粒度PBXC03 炸药冲击起爆不同拉格 朗日位置的压力历史,以及加载压力对炸药冲击起爆过程的影响规律。采用DYNA2D 程序,对两 种颗粒度PBXC03 炸药的冲击起爆过程进行数值模拟,计算结果与实验结果趋势一致。结果均表 明:加载压力减小,炸药中前导冲击波速度增长变慢,压力增长变缓,炸药的到爆轰距离增加。数值 模拟得到的两种颗粒度PBXC03 炸药起爆压力和到爆轰距离的关系与文献[15] 的POP 图曲线吻 合较好,验证了文献[14]建立的PBX 炸药冲击起爆细观反应速率模型的合理性。     

液体炸药—惰性材料组合式平面波透镜数值模拟

为了指导液体炸药—惰性材料组合式平面波透镜实验设计工作,利用流体力学程序对该透镜实验进行了理论设计和数值模拟,得到了该透镜的几何数据。经与已有的实验结果进行对比,吻合较好。结果表明,用该方法得到的数值结果,可用于该类透镜的实验设计。     

爆炸载荷下铝粉与橡胶复合材料中的冲击波传播特性

为研究爆炸载荷下冲击波在铝粉与橡胶复合材料中的传播规律,利用药柱加载的试验方法,采用锰铜压阻传感器测得铝粉体积含量为30%～60%的试样中6.50～14.25 GPa范围内的冲击波压力数据,结合材料的细观结构分析其对冲击波的衰减机理。通过试验与数值模拟相结合的方法获得冲击波在50%铝粉含量试样中的衰减规律。结果表明：在相同装药特性产生的爆炸载荷作用下,15 mm传播距离处的冲击波压力随铝粉含量的增加而先减小、后增大;铝粉含量为50%的含铝橡胶对冲击波的衰减能力最强,这与其表现出较强的黏性本构行为相关,数据拟合得到其冲击波压力衰减系数为0.066 8.     

DNP炸药冲击Hugoniot关系实验研究

新型高能熔铸基体炸药3,4-二硝基吡唑(DNP)的冲击Hugoniot关系,是探讨其冲击起爆特性的基础,采用压力对比法,经平面波发生器加载,用锰铜压阻计测量了压力为3.7～14.4 GPa范围内九组不同冲击波压力下DNP炸药和LY12铝样品的冲击波波后压力,计算得到不同压力下的冲击波波速D和粒子速度u,拟合得到了压力为3.7～14.4 GPa范围内DNP炸药的D-u关系.结果表明,DNP炸药压力为3.7～14.4 GPa范围内的冲击Hugoniot关系可近似为一条在D-u平面内的直线,确定了DNP炸药冲击波作用下的波后状态.分析了用聚四氟乙烯封装锰铜压阻计对实验测试结果的影响,通过对测试信号的理论分析和合理判读有效消除了封装带来的系统误差.     

PBX-HMX-A炸药非稳态爆轰特性的研究

本文独立地提出了研究炸药反应区特性的方法——楔形有机玻璃法,并成功地用于炸药非稳态爆轰特性的研究。该方法的优点是:能真实反映炸药的爆轰特性,方法简单,精度较高(约为2～3%),仅需实验一发就可确定炸药的反应区特性。利用该方法测量PBX-HMX-A炸药不同厚度时的爆轰特性表明:在PBX-HMX-A炸药中存在非稳态爆轰,爆压增长不大。当装药厚度土为10mm时,爆压P为31.55GPa,装药厚度增加到45mm以后,在测量精度内爆压P无明显增长,为35.54±0.29GPa。爆速D为8.68km/s。采用平面透镜或平面透镜、10mm厚有机玻璃衰减层作为引爆系统时,爆压没有明显改变。     

雷管在密实介质中殉爆特性的实验研究

在硬纸板中进行了雷管的殉爆实验,采用敏感部分面积只有1 mm×1 mm的PVDF传感器,测量了雷管受冲击波作用时的冲击波参数。实验得出,雷管在密实介质中受冲击波作用殉爆与否取决于冲击波压力峰值及峰值持续时间的大小,并认为冲击波压力峰值是决定雷管殉爆与否的首要因素,当冲击波压力峰值达1.29 GPa以上时,雷管都发生殉爆,而压力峰值降到1.0 GPa以后,即使冲击波作用的时间较长,雷管也未发生殉爆。雷管受冲击波作用而被殉爆时,存在一个延滞期,且延滞期随冲击波压力下降而增长。     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比：RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明：射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa 之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25~111 ℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111~150 ℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义。针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究。设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制。选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质量比:RDX∶Al∶粘结剂为61%∶30%∶9%)在不同温度和隔板厚度下进行射流侵彻起爆实验,基于脉冲X光高速照相法,观测射流侵彻过程及炸药爆轰波成长。建立考虑炸药温度变化的射流起爆炸药计算模型,对射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆炸药进行数值模拟。结果表明:射流侵彻厚隔板形成的前驱冲击波,先于射流到达炸药表面,在传入炸药一定深度后起爆炸药。入射压力介于3.1 GPa和5.13 GPa之间,炸药发生隔板中前驱冲击波起爆,入射压力高于5.13 GPa为直接冲击起爆。RDX含铝炸药温度对前驱冲击波起爆炸药有很大影响,在25111℃时,随着温度升高,炸药受粘结剂软化的影响为主,RDX含铝炸药对冲击波感度降低;但超过一定温度后,在111150℃时,粘结剂的影响减弱,冲击感度主要受RDX炸药感度的影响,冲击感度又会增加。     

双层介质隔板试验及被发炸药冲击起爆特性分析

为研究双层介质隔板下被发炸药的冲击起爆特性,建立了考虑侧向稀疏波影响的被发炸药冲击波能量计算模型,并开展锰铜压阻传感器测压试验。获得了由有机玻璃与LY-12铝合金组合的双层介质隔板排序（两种不同波阻抗顺序）、总厚度h（30~60 mm）与厚度分配（有机玻璃厚度比例10%~90%）对透射到被发炸药中冲击波各参量的影响规律,试验验证了被发炸药透射冲击波压力及其冲击起爆情况。研究结果表明：选取波阻抗递增的排序时透射冲击波能量较低,对炸药的安全性更有利;随着总厚度的增加,透射冲击波能量逐渐降低,且下降幅度逐渐减小;透射冲击波能量随厚度分配的变化规律与总厚度有关,随着有机玻璃厚度比例的增加,透射冲击波能量呈不断递增（h=30 mm）、先递增再递减（h为40~60 mm）的趋势。     

铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力的研究

为了研究水封爆炸胀接管爆轰结束端开裂现象并探究其界面结合形式,首次使用一种可靠的聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器对铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力进行测试,得到并比较了压力时程曲线。结果表明,沿金属导爆索爆轰波的传递方向,基管与覆管的碰撞压力峰值呈递增趋势,表明引起末端开裂现象的直接原因是压力的增加。计算得到撞击压力峰值的平均值为532.9 MPa。根据爆炸复合中撞击速度与撞击压力之间的关系,在已知撞击压力的情况下得到碰撞速度为52.57 m·s~(-1)。经分析可知,界面碰撞产生的温度并不足以使界面发生熔化。界面的金相照片亦显示其结合方式主要为金属间的直接结合,未出现过渡层和熔化现象,表明采用PVDF压电薄膜传感器测量水封爆炸胀接的撞击压力、利用所得数据来推断界面结合形式可行。     

铝氧比对水中爆炸近场冲击波的影响

为揭示铝氧比对水中爆炸近场冲击波压力的影响,对三种不同铝氧比的RDX/Al体系柱形装药进行了水中爆炸实验,通过高速扫描方法求解了水中爆炸近场冲击波峰值压力随传播距离的衰减规律,分析了所含铝氧比对冲击波初始压力峰值和压力峰值衰减的影响.结果表明,Al/O=0时,初始冲击波峰值压力达到了18.95 GPa,Al/O=0.4时初始冲击波峰值压力约为13.66 GPa,而Al/O=0.7时初始冲击波峰值压力约为8.35 GPa,而峰值压力的衰减速率也随着铝含量的增加而降低.铝粉参加反应的时间、反应的程度等因素对近场冲击波初始峰值压力和峰值压力的衰减影响显著.     

雷管输出侧向冲击波在硬纸板中传播衰减规律研究

本文用PVDF压电法测量了雷管侧向输出冲击波在硬纸板中的衰减规律,通过试验数据(x,lnP)进行最小二乘法拟合,得出lnP--x有较好的线性关系,计算得到了雷管侧向输出冲击波在硬纸板中的衰减系数为-0.450 29.由衰减结果可知硬纸板是一种较优的防殉爆包装材料.     

小尺寸装药爆轰在有机玻璃隔板中的衰减规律

利用锰铜压阻传感器法测量了某聚奥传爆药在不同直径下的小尺寸装药爆轰输出冲击波经不同厚度有机玻璃隔板衰减后的冲击波压力,通过对实验数据进行拟合,得到了有机玻璃介质中冲击波衰减系数与装药直径的指数型关系.实验中传爆药装药密度为90%的理论密度,约束条件分45#钢和有机玻璃两种,装药直径为1.5 mm、3 mm、5 mm和8 mm.结果表明: 衰减系数随装药直径增大而减小,装药的约束条件越弱,这种变化越明显.     

爆炸冲击波在酚醛层压材料中衰减特性的实验研究

为研究药柱爆炸冲击波在酚醛层压材料中的衰减特性,利用锰铜压阻传感器,测量了药柱爆轰输出冲击波经不同厚度酚醛层压材料隔板衰减后的冲击波压力,并计算得到冲击波波后质点参数。结果表明:药柱爆轰输出冲击波经酚醛层压材料隔板传播时,其峰值压力随隔板厚度增加呈指数型衰减,通过对实验数据的拟合,得到酚醛层压材料中的冲击波衰减规律。