传爆药冲击波感度试验方法的简化研究

尝试了一种用压装A-IX-I(RDX与钝感剂质量比为95︰5)药柱替代纯RDX作为施主药柱进行冲击波感度试验( SSGT)的方法,通过零隔板试验,检验了施主药柱的爆炸能量输出性能。所得施主药柱的平均质量为1195.5 mg,相对误差0.495％;鉴定块的平均凹痕深度1.769 mm,相对误差0.96％,说明压装法得到的施主药柱性能较好。利用该方法研究了JH-14传爆药经过高温加速老化前后的冲击波感度,结果显示,老化后的样品冲击波感度具有增加的趋势。     

装药量对温压炸药爆炸毁伤威力的影响

为了获得温压炸药装药量对近地空中爆炸的能量输出结构的影响规律,开展了质量为0.5、1.0、2.0 kg的温压炸药近地空爆试验,并使用压力传感器、高速摄像机、红外热成像仪记录了爆炸冲击波和爆炸火球参数。使用TNT超压经验公式对0.5、1.0、2.0 kg装药的空中入射冲击波、地面冲击波的超压峰值进行拟合,建立了冲击波超压峰值衰减规律方程。根据高速摄像机和红外热成像仪的测试结果,建立了基于装药量的爆炸火球直径、火球持续时间和火球温度最高时刻热通量的拟合方程。对比0.5、1.0、2.0 kg装药的爆炸火球图像和温度曲线可以看出：随着装药量的增加,爆炸火球的最高温度、火球尺寸(直径×高度)以及持续时间均有一定的增加,高温区域在火球面积中的占比也有所提升。     

利用含废弃丁羟推进剂制备的高能炸药?

利用丙烯酰胺氧化剂溶液及铝粉制备得到敏化剂,加入已配好的含能黏结剂中,对丁羟(HTPB)推进剂颗粒间隙进行填补,形成新型高能炸药。通过高速摄影试验观察爆轰过程,炸药空中、水下爆炸等试验测试其性能。结果表明:所制备的新型高能炸药性能良好,随着敏化剂含量的增加,炸药爆轰感度、冲击波超压及水下能量输出均有明显提高;炸药密度1.53 g/cm~3,爆速6 900 m/s;当比例距离为1.5~4.5 m/kg~(1/3)时,炸药的TNT当量系数分布于1左右;水下爆炸能量输出为4.5 k J/g,高于TNT,具有较高的能量和冲击作用。     

铝化炸药水下爆炸冲击波特性分析

采用一维流体动力学、与时间相关的JWL爆轰产物状态方程以及压力指数为1/6的反应速率方程,计算分析了铝化炸药水下爆炸冲击波特征参数对反应速率的依赖关系.结果表明,反应速率常数存在阈值,只有反应速率足够大,才能充分利用爆炸能量.根据铝粉粒度与反应速率常数的相关性,通过控制铝粉粒度可以设计不同的能量输出特性.     

RDX/Al含铝炸药水下爆炸实验研究

铝粉含量和周围介质的可压缩性对含铝炸药的爆炸效应有很大影响.通过水下爆炸实验,研究了铝粉含量对RDX/Al含铝炸药水下爆炸冲击波能量的影响以及冲击波特征参数随传播距离的变化关系.结果表明,铝粉在爆轰产物中的二次燃烧反应明显地减缓了水中冲击波后压力的衰减,提高了冲击波的能量和冲量,当铝粉含量为20%时,RDX/Al含铝炸药的冲击波能量达到最大值.确定组分的含铝炸药仍然符合爆炸相似律,无量纲冲击波特征参数与对比距离的函数关系可以拟合为幂函数形式.     

基于AUTODYN的乳化炸药水下爆炸能量分布的数值研究

基于AUTODYN软件建立了水下爆炸一维楔形模型,对空气不耦合装药结构下爆炸能量的输出进行研究。首先获得炸药冲击波压力以及气泡脉动随时间的变化曲线,进一步获知径向不耦合状态下水下爆炸的冲击波峰值压力、气泡最大半径以及脉动周期等数据,并最终得到了不耦合系数下冲击波能以及气泡能的变化情况。将计算结果与已有的水下爆炸实验结果进行了比较分析。结果表明,该计算结果与实验数据吻合较好,证明了利用数值计算手段可以实现定量化表征炸药输出能量随不耦合装药结构的变化规律。     

土中装药不同埋深爆炸试验研究

利用自由场试验研究了土中装药不同埋设深度爆炸问题,给出了相应的爆炸宏观特征,得到了耦合系数试验数据,得到的结论是:当土中装药比例爆炸埋深超过2.0m/kg1/3后,爆炸达到完全封闭。并指出该数据与美军设计规范TM5-855-1中的耦合系数数据0.56m/kg1/3相差较大,分析了产生差异的可能原因。     

城市隧道口部道路坡度对爆炸冲击波传播特性影响分析

隧道内爆炸冲击波流场及爆炸荷载计算是隧道抗内爆研究和预防恐怖爆炸袭击的首要问题。针对城市地下隧道的特点,采用三维有限元方法计算了地下隧道口部爆炸时隧道内的爆炸流场,分析了城市隧道口部爆炸时隧道内爆炸流场的特点和道路坡度对爆炸冲击波传播的影响。研究表明隧道内冲击波冲量随道路坡度增加而增大,随比例爆距的增加影响逐渐减小;超压峰值在比例爆距Z小于1m/kg1/3时无变化,当Z>1 m/kg1/3时各截面超压峰值随道路坡度的增大而增加,但最大不超过7%。     

炸药冲击波感度水下小隔板测试法实验研究

按照《炸药试验方法》(GJB772A—97)要求,对炸药进行冲击波感度测试时,炸药用量较大。采用水下隔板测试法对炸药冲击波感度测定,炸药消耗少、安全性较高。介绍了水下小隔板测试法的测试装置、测试系统、测试过程及数据处理等。对包括TNT、RDX、PETN等5种炸药进行冲击波感度测试实验,结果表明:水下隔板测试方法实验简便,测试结果与GJB772A方法对比,有较好的相关性。炸药冲击波感度水下小隔板测试法可在一般科研院所的实验室条件下进行,实用性较强。     

起爆方式对柱形炸药空爆冲击波场的影响

为研究起爆方式对柱形炸药爆炸能量输出的控制效应,运用AUTODYN软件对不同起爆方式作用下的炸药在空气中爆炸过程进行了模拟。通过对比分析参考位置的冲击波超压峰值,得到了起爆方式对爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:比例距离小于5 m·kg-1/3时,起爆方式可改变爆炸冲击波场的局部分布形态,其在不同的方向和距离对冲击波超压影响存在差异;比例距离大于5 m·kg-1/3时,起爆方式对冲击波场分布基本无影响;柱形炸药长径比一定的条件下,同一起爆方式作用下的爆炸相似律仍然成立。     

腔体消波机理数值模拟及其耦合抑爆剂抑制爆炸试验研究

以数值模拟方法对500 mm×500 mm×200 mm(长×宽×高)腔体进行分析,发现该腔体具有良好的抑制瓦斯爆炸冲击波的效果。考虑到井下瓦斯爆炸可能引起煤粉二次爆炸,从而进行岩粉、水、MCA粉(三聚氰胺氰尿酸盐)在铺设煤粉条件下耦合腔体的对比试验,从煤粉二次爆炸、爆炸火焰和爆炸冲击波峰值超压的抑制情况来判定抑爆效果。由实验结果,100 g MCA粉和500 g岩粉可完全抑制煤粉二次爆炸,140 g MCA粉和600 g岩粉可完全抑制爆炸火焰,600 g水既不能完全抑制煤粉二次爆炸也不能完全抑制爆炸火焰,100 g的MCA粉、岩粉、水的抑制率分别为24.95%,-10.08%,5.54%。由此得出结论MCA粉耦合腔体各方面抑爆效果最优,岩粉对抑制煤粉二次爆炸和抑制爆炸火焰的性能优于水,水在抑制爆炸冲击波峰值超压的效果优于岩粉。     

土介质挡墙对爆炸冲击波衰减规律研究

为了研究土介质对爆炸冲击波的衰减作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对含土介质密闭容器内炸药爆炸进行了数值模拟.采用SPH-FEM耦合算法建立不同厚度(15、18、21、24、27、30 cm)、不同距离(10、20、30、40、50、60 cm)工况下的计算模型,对比分析了容器内空气冲击波峰值压力、到达时间及土介质破坏过程等指标.结果表明:挡墙距爆源40 cm,厚度24 cm时,爆炸冲击波峰值压力平均衰减率为72.25％,平均衰减率增量为2.75％;挡墙厚度24 cm,距爆源10 cm时,空气准静态压力衰减率为44.44％.爆炸冲击波能量衰减量随着挡墙厚度的增大而增大,随爆源距的增大而减小.     

氧化剂对炸药水中爆炸能量输出结构的影响

为了研究氧化剂对炸药爆炸能量输出结构的影响,采用水中爆炸试验方法研究了高氯酸铵(AP)对炸药水中爆炸冲击波的影响。试验结果表明,在炸药中添加AP,可以调整炸药爆炸能量输出结构,降低炸药水中爆炸冲击波的压力衰减速度,提高炸药水中爆炸冲击波冲量。通过等质量替换试验发现,AP在试验所用的炸药体系中释放的能量高于黑索今(RDX),试验结果可为炸药配方精细化设计及水中兵器毁伤设计提供指导。     

钢箱梁爆炸冲击局部破坏的数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,采用ALE多物质流-固耦合算法,研究了汽车炸弹（TNT当量100-500kg）桥面爆炸冲击作用下钢箱梁的局部破坏。结果表明,钢箱梁局部破坏模式有两种：（1）桥面板和底板均破口;（2）桥面板破口,底板产生局部塑性大变形。隔板的主要破坏模式为弯曲塑性大变形和破口。破坏参数随炸药当量的增加呈非线性增加。箱体内冲击波对底板、隔板的冲击作用相对较小,顶板破片的冲击作用是底板和隔板产生局部塑性大变形和破口的主要原因。     

钢筒内衬爆炸水井设计中的几个动力学问题研究

以3 kg 2,4,6-三硝基甲苯（TNT）炸药在内径和深度均为11 m的内衬钢筒混凝土围堰爆炸水井中的爆炸为研究对象,数值模拟研究了筒壁厚度、混凝土围堰厚度对钢筒受力与变形的影响,以及水井内设置气泡帷幕对提高设施安全性等爆炸水井设计中关注的几个动力学问题。结果表明：水井内水中爆炸冲击波参数与P. Cole公式计算结果基本吻合;钢筒内壁不利的受力与形变部位都出现在装药中心水平线以下的筒体部位,直到壁厚达到50 mm时距筒底1.60 m处等效塑性应变仍可达到0.001 6,不满足强度理论判断条件;取钢筒厚度为20 mm,外加0.5 m厚混凝土围堰时,内衬钢筒爆炸水井符合安全性强度设计要求;在水井底部设置半径为4.9 m、厚度为0.05 m气泡帷幕时,可使筒壁处的冲击波压力峰值降低40.6 %;对于壁厚为20 mm的钢筒,采用气泡帷幕衰减冲击波措施时,混凝土围堰厚度达到0.35 m就能满足安全性设计要求。上述结论可为内衬钢筒爆炸水井结构设计和安全性评估提供方法及依据。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^(1/3)≤Z≤3 m/kg(1/3)≤Z≤3 m/kg^(1/3)之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

球形炸药设计及其水下爆炸冲击波特性

雷管等爆炸元件的爆炸能量分布通常并不均匀,在离心机中研究爆炸问题对爆源的尺寸和爆炸能量分布要求较高,爆炸能量不均匀对试验结果存在影响,不符合爆炸力学中的点源假定。采用黑索金炸药制作球形炸药,探讨了细径导爆索及无起爆药雷管作为起爆方式的适用性。最终确定微型导爆雷管中心起爆球形炸药的方式,并研究了其水下爆炸冲击波特性,峰值压力与比例距离近似成线性关系,冲击波压力波形可以较好地采用冲击波压力公式拟合。     

径向不耦合条件下导爆索起爆性能的研究

针对径向不耦合装药条件下导爆索起爆炸药拒爆现象,提出导爆索与炸药之间可能存在的空气间隙是影响导爆索起爆性能的关键因素,从而进行了一系列在不同外径钢管内径向不耦合装药条件下,导爆索起爆乳化炸药简化模型的爆炸试验,并且运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对试验模型进行数值建模分析.结果表明:不耦合装药条件下,导爆索起爆乳化炸药的临界空气间隙尺寸约为25 mm;以乳化炸药冲击波感度为判据,模拟计算出的空气间隙尺寸范围与爆炸试验结果比较吻合.     

工业炸药能量测试方法的分析

为了研究不同能量测试方法对工业炸药能量测试结果的影响,分别采用爆热、铅壔法和水下爆炸法测量了几种典型工业炸药样品的能量。结果表明:3种测试方法都能用于评价炸药的能量水平,其中爆热和水下爆炸法能直接得到样品的能量值,水下爆炸法适用于大药量样品的能量测试要求。水下爆炸试验结果表明,参比TNT药柱的总能量为3.410mJ/kg,粉状乳化炸药的总能量为3.758mJ/kg,1号和2号岩石乳化炸药的总能量分别为3.411mJ/kg和3.182mJ/kg,二级和三级煤矿许用乳化炸药的总能量分别为3.021mJ/kg和2.947mJ/kg,这5种工业炸药的TNT当量分别为1.10、1.00、0.933、0.886和0.864。水下爆炸测得的5种工业炸药能量为爆热测量值的76.1%～78.8%。     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。