损伤炸药反应速率及起爆的数值模拟

在PBX炸药冲击损伤和冲击起爆实验的基础上,采用拉格朗日分析方法对损伤炸药的化学反应速率方程进行整体标定,并对损伤炸药的冲击起爆过程进行了数值模拟. 结果表明,损伤炸药冲击波感度提高,得到了损伤炸药化学反应速率方程相关参数的变化规律.     

刚塑性黏结剂的双球壳塌缩热点反应模型

基于Kim的弹黏塑性球壳塌缩模型,假设黏结剂为刚塑性材料,炸药为弹黏塑性材料,建立了刚塑性黏结剂的双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式.将新的热点反应项与低压下慢反应项和高压反应项结合,得到了炸药冲击起爆三项式细观反应速率模型,并将该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9404炸药的一维冲击起爆过程,结果表明:该模型不仅可以解释炸药颗粒度和孔隙度对起爆过程的影响,还可以描述黏结剂强度对PBX炸药冲击起爆过程的影响.     

含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析.分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响.结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好.由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能.     

固体推进剂冲击起爆及其反应区本构方程的整体标定研究

实验研究了压阻计对推进剂化学反应区流场的影响,在提高实验精度的前提下测得了改性双基推进剂冲击波起爆过程中的压力变化,利用拉氏分析技术得到了反应过程中的质点速度、反应度变化历史。在反应区整体标定的基础上,提出了改性双基推进剂的化学反应速率方程并进行了系数标定,同时对改性双基推进剂的一维起爆过程进行了数值模拟。     

多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型

为能模拟不同炸药配比的多元混合PBX炸药冲击起爆过程,在弹黏塑性双球壳孔隙塌缩热点模型的基础上,考虑混合炸药中各炸药组分之间的耦合机制,建立了一个多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型,并根据该模型给出了新的热点反应速率的理论表达式. 运用该模型计算了不同炸药配比的HMX/TATB二元混合PBX炸药在冲击起爆点火阶段的反应度. 计算结果表明,该模型可以较好地描述炸药配比对多元混合PBX炸药点火过程的影响.      

固体炸药反应速率方程与状态方程的相容性研究

炸药与产物的状态方程、反应速率方程和混合法则构成描述固体炸药起爆和爆轰过程的本构方程．由于反应速率方程和状态方程都有多种形式，而且都有独立的标定方式，它们通过一个假定的混合法则联系起来，其相容性没有确认．用这样一组方程去描述炸药起爆起和爆轰时反应区中高温、高压和高速的化学非平衡状态，其有效性也没有保证．本文提出了一种利用拉格朗日实验及其分析方法来确定上述本构方程相容性的方法．文中标定了三种TNT炸药的本构方程．将标定的本构方程用于一维数值模拟计算中，较好地模拟了这些炸药的拉格朗日实验结果和楔形实验结果．     

预制破片对屏蔽炸药冲击引爆研究*

针对破片斜冲击状态下引爆屏蔽固体炸药问题开展了研究。从理论上建立了与冲击角度相关的冲击压力计算方法。结合炸药起爆判据,可确定炸药冲击起爆的临界速度。采用Lee-Tarver点火增长模型和LS-DYNA仿真软件,对破片斜撞击屏蔽装药冲击起爆过程进行了数值模拟。利用升-降法确定了临界起爆速度,验证了理论模型的有效性;并分析了破片材料、入射角和靶板厚度对冲击起爆JO—9195固体炸药临界速度的影响。结果表明:理论计算和数值模拟误差不超过5.98%,吻合较好,表明所建立的理论计算方法是有效的。在相同条件下,钨合金破片相对于钢质和铜质破片临界起爆速度低;随着入射角和靶板厚度增加,冲击起爆的临界速度也随之增大。     

用Lagrange分析方法确定固体炸药基于JWL状态方程的反应速率方程

利用Lagrange实验结果和改进的Lagrange分析方法,对固体炸药在动高压流场中的本构方程进行了整体标定.未反应炸药和已反应产物都采用JWL状态方程.分析得到了每个Lagrange位置上的压力p,质量速度u,比容v,比内能随e时间的变化过程,同时可标定基于JWL状态方程的固体炸药的点火与增长型反应速率方程.标定的JWL状态方程和点火与增长型反应速率方程具有良好的相容性,参数可以直接用于动力学计算程序LS-DYNA3D.本文对铸装TNT炸药的二维起爆过程进行了计算.     

含铝炸药爆轰数值模拟研究

对含铝炸药25nm和50nm圆试验进行了二维爆轰数值模拟,标定了含铝炸药JWL状态方和反应速率方程参数,为检验含铝炸药爆轰模型及其相关参数的合理性,对含铝炸药驱动金属平板试验进行了二维爆轰数值模拟,得到了与实验值相符合的结果,分析了铝粉在炸药爆轰中的反应情况和约束条件对含铝炸药爆轰性能的影响。结果表明,铝粉主要在爆轰后期与炸药爆轰产物反应释放能量。     

不同口径聚能装药射流引爆带壳装药数值模拟

为分析装填钝感高能炸药TATB装药壳体厚度对射流冲击引爆的影响,采用动力学有限差分程序Autodyn,建立了50 mm口径聚能装药对不同厚度钢壳体冲击引爆数值模型,模拟分析了聚能射流冲击带壳装药过程中冲击波传播和炸药反应的情况.在此基础上,开展了50 mm和75 mm口径聚能装药对覆盖有混凝土层的带壳装药冲击引爆数值模拟,模拟结果与射流冲击引爆经验判据一致,说明数值建模方法具有一定的合理性.模拟分析表明,随着被冲击装药壳体厚度的增加,炸药引爆机制由射流冲击产生的前驱波引爆转化为前驱波与冲击剪切变形共同引爆.研究结果对反导战斗部设计具有一定的参考价值.     

炸药冲击损伤及损伤炸药冲击起爆实验研究

采用炸药爆炸冲击加载的方法,对PBX炸药进行冲击损伤实验,测试炸药冲击前后的密度变化,并利用扫描电镜(SEM)对炸药的剖面进行细观观察,同时对损伤炸药的冲击起爆过程进行了实验研究. 通过比较不同损伤程度PBX炸药的压力变化历史得到,炸药损伤越严重,波阵面成长越快,冲击感度越高.     

炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

改性双基推进剂冲击波响应过程的研究

研究了改性双基推进剂冲击波响应过程,其中包括冲击波起爆、爆轰、冲击波成长及化学反应等,并与高能炸药进行了比较。结果表明,改性双基推进剂具有与非均质炸药相似的冲击波起爆、爆轰及冲击波成长过程;临界起爆压力为1.1 GPa具有较大的危险性。     

石墨对混合炸药爆轰流场影响数值模拟研究

为研究石墨颗粒对混合炸药爆轰性能及爆轰传播的影响,运用有限元分析软件建立了混合炸药二维平面细观结构模型,对不同石墨含量、粒度混合炸药的爆轰传播过程进行了数值模拟,结果表明,爆速的模拟计算结果与实验规律一致,沿着爆轰传播的方向,石墨颗粒内部压力逐渐提高,周围炸药的压力也逐渐升高,形成了特殊的爆轰流场压力分布.      

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

在相变模型基础上对炸药爆轰过程中超微金刚石的合成进行数值模拟，用简单反应速率函数估算炸药爆轰反应区的热力学参数，用动力学有限元程序DYNA2D模拟爆轰产物的膨胀过程，按均匀成核和长大两步模拟爆轰过程中游离碳相变成金刚石的过程，同时考虑金刚石在爆轰产物膨胀过程中的石墨化。计算了不同装药条件和保护条件下金刚石的成核率，长大线速度，石墨化率，金刚石得率及粒径分布等信息，对计算结果进行分析和讨论。     

计算炸药爆速的新方法

根据化学动力学原理和炸药爆轰反应机理 ,发展了一种根据炸药分子中原子的种类和数目及装药密度计算炸药爆速的新方法 对大量炸药的计算结果表明 ,爆速计算值与实验值的一致性令人满意 本方法的提出 ,不仅提供了一种计算炸药爆速的新方法 ,而且对探索新型高能炸药具有一定的指导意义     

影响气相爆轰波稳定性边界的通用两步反应模型参数分析

为了建立可靠的爆炸预测和分析模型,采用两步诱导-放热反应模型,数值模拟了不同参数条件下的一维爆轰波振荡过程。通过分析各参数与爆轰波面压力振荡模态的关系,寻找稳定振荡模态对应的临界参数,获得了由诱导区活化能EI、放热区活化能ER和反应速率常数kR构造的一维爆轰波稳定性边界。计算结果表明:增大EI和kR,或减小ER,会促进一维爆轰波向不稳定发展;对于给定的EI,稳定性边界对应的ER越大,与之匹配的kR也越大;在合理的参数范围内,EI越大,ER和kR满足一维爆轰波稳定的取值范围越小;EI在15.25~20.25区间内,稳定性边界对kR的变化比较敏感;EI在20.25~25.25区间内,稳定性边界对kR的敏感程度大大降低。研究获得的稳定性边界,可为将来利用两步反应模型研究多维爆轰波稳定性的参数选择提供参考,据此建立的爆炸预测模型,可以应用于爆炸现场分析及还原,爆炸物销毁现场方案制定和风险评估,搜排爆防护装备的研发改进,以及隔爆抑爆技术研究等领域。