一种与爆轰参数封闭的JWL方程参数确定方法

利用数值模拟和理论计算分析了炸药JWL状态方程参数与爆轰参数封闭的重要性;获得了利用圆筒实验测试结果计算炸药爆轰产物绝热等熵指数和爆压的方法;建立了与爆轰参数封闭的JWL状态方程参数的确定方法,并依据公布的圆筒实验数据,应用于两种典型炸药JWL状态方程参数的确定,获得的参数与炸药爆轰参数严格封闭,数值模拟结果与实验结果一致性好,表明炸药JWL参数确定方法合理可靠。     

用三项式点火增长反应速率模型计算JB-9014的反应区

在一维流体动力学编码SSS程序中,利用三项式点火增长反应速率模型对钝感炸药JB-9014的反应区进行了计算。计算中,未反应炸药采用固态HOM状态方程,产物采用气态JWL状态方程,计算得到了钝感炸药JB-9014化学反应区的峰值压力、CJ压力、反应区宽度和反应时间等参数,计算结果与实验结果符合较好。分析表明,三项式点火增长反应速率模型可用于研究钝感炸药的反应区结构。     

RDX基PBX的做功能力及JWL状态方程参数确定

为研究RDX基PBX炸药的做功能力并确定其爆轰产物的JWL状态方程参数,对RDX基PBX炸药和TNT炸药进行?50 mm标准圆筒实验,获得了圆筒膨胀位移和速度的时程曲线,对比得出RDX基PBX炸药的做功能力明显高于TNT炸药;基于能量守恒对实验数据进行非线性拟合,得到2种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。TNT炸药的拟合参数和通过AUTODYN软件计算得到的结果符合较好;将采用上述方法得到的RDX基PBX炸药爆轰产物JWL状态方程参数用于数值模拟,计算结果与实验值吻合较好,符合数值模拟标定JWL状态方程参数的要求。     

有氧化剂(AP)含铝炸药的爆轰性能

对有氧化剂含铝炸药(RDX/AP/Al/粘合剂=20/43/25/12,下称含铝炸药)爆轰反应的点火增长模型进行研究。用VLW状态方程方法计算了含铝炸药爆轰产物JWL状态方程;用激光速度干涉仪（VISAR）测量炸药/窗口界面粒子速度和炸药驱动金属平板自由表面速度,对试验进行了数值模拟计算,拟合了含铝炸药的反应速率方程。研究结果表明,用VLW状态方程方法和炸药/窗口界面粒子速度确定JWL状态方程和反应速率方程可行,金属平板驱动试验的计算结果与试验结果吻合。     

PBX-01炸药水中爆轰产物状态方程研究

提出通过水中实验确定炸药的水中爆轰产物JWL状态方程参数的方法;选择PBX-01高能炸药进行水中实验,利用ANSYS/LS-DYNA程序建立炸药的水中实验模型,将实验结果与数值计算结果进行对比,确定PBX-01炸药水中爆轰产物的JWL状态方程参数。研究结果显示,圆筒实验确定的JWL参数在反映炸药水中爆轰产物的膨胀状态时有所不足,水中实验确定的JWL状态方程参数能够更准确地描述PBX-01炸药水中爆轰产物的膨胀过程,因此对水中爆炸的研究需要通过水中爆炸实验建一套状态方程参数。     

小隔板试验冲击起爆和熄灭流场的实验与Lagrange分析

根据小隔板试验的拉氏传感器测试结果,用拉氏分析方法求得了粗颗粒包复TNT炸药中的冲击波成长过程和熄灭过程的流场分布,用实验结果确定了点火增长模型中的待定参数。利用拉氏分析方法时,对未反应炸药和已反应产物的状态方程都采用JWL状态方程,使确定的参数可以直接用于有限元程序LSDYAN计算。通过拉氏分析得到了各迹线上的反应度,结果表明,冲击波在熄灭过程中仍能引起炸药的局部化学反应。     

膨胀石墨燃爆剂JWL状态方程参数拟合

用LS-DYNA对膨胀石墨燃爆剂爆炸过程进行数值模拟时,需要提供膨胀石墨燃爆剂的JWL状态方程的参数。把凝聚炸药等熵线物态方程作为目标方程,通过差分进化法拟合得出膨胀石墨燃爆剂JWL状态方程的参数。通过圆筒实验对所求得的参数进行验证,结果表明,理论值与实验值最大误差不超过3.3%,能够满足膨胀石墨燃爆剂爆炸模拟研究的需要。     

基于J-C本构模型的Comp.B炸药落锤冲击数值模拟

为研究Comp.B炸药在惯性冲击下的力学响应特性, 基于Johnson-Cook本构模型, 对 点火前的Comp.B炸药大落锤(400kg)冲击实验进行了数值模拟. 在不同应力加载条件下模 拟计算得到了用状态方程和不用状态方程的$\sigma$-$t$曲线, 对比应力峰值、应 力上升时间等主要力学参数, 结果表明考虑了状态方程的数值模 拟结果与实验吻合最好, 可以很好地模拟炸药惯性冲击下的力学响应.     

爆轰计算JWL状态方程参数的不确定度

针对爆轰计算JWL状态方程参数,开展不确定度量化研究。首先从JWL状态方程性质出发,结 合数学、物理分析确定JWL状态方程中主要参数R1 的概率分布范围,然后利用非嵌入多项式混沌展开方法 对PBX9404炸药驱动飞层外界面速度进行了不确定度量化分析。给出的分析方法与分析流程对爆轰计算及 其他工程数值模拟不确定度量化有一定参考作用。     

高能炸药摩擦感度的数值模拟

为了研究炸药摩擦安全性,利用熔化摩擦模型对几种高能炸药的摩擦感度进行了数值模拟,结果符合实验,并根据热分解反应速率分析了感度规律。由于炸药熔点一般低于点火温度,所以基于一个考虑熔化现象的炸药摩擦模型,在炸药感度实验条件下进行了一维数值模拟,给出了炸药熔化结果和摩擦点火的时间:4种摩擦感度较弱的炸药包括DATB、NQ、TATB和TNT的点火时间的顺序即感度顺序符合实验结果,说明摩擦点火模型适应性。进一步结合炸药热分解反应速率的大小顺序,数值模拟证明,在一定摩擦强度下,点火顺序会发生交换,说明摩擦感度实验不能完全说明炸药摩擦感度强弱顺序。     

TATB基非均质炸药预冲击减敏的数值模拟

为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究,将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数,通过一维冲击起爆的模拟,标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验,结果表明,受预压缩区域的炸药反应变慢,到爆轰距离增长了约1 mm,与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时,爆轰波经过拐角后,在拐角附近形成稳定的不起爆区域,与主要成分相同的LX-17炸药的拐角效应实验的死区特征相符。数值模拟结果表明,基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型可以较好地模拟非均质炸药预冲击减敏问题。     

钝感炸药点火增长模型的欧拉数值模拟

在自主研发的二维多介质欧拉弹塑性流体力学程序中,通过引入点火增长的反应率模型以及炸药 减敏模型,借助网格自适应技术,研究钝感炸药的冲击点火、直径效应以及死区形成等爆轰现象。数值模拟结 果表明,该程序能够正确模拟平面爆轰波的爆速、CJ状态、vonNeumann尖点等爆轰参数;并能够较好模拟炸 药的直径效应。另外,通过引入考虑减敏效应的反应率模型,能较好地模拟钝感炸药的死区形成过程。     

受热炸药的冲击起爆特征

设计了炸药驱动飞片起爆受热炸药的实验装置,该装置既能够对实验炸药进行均匀地加热,又能够避免高温对加载炸药的影响。利用设计的实验装置对PBXC10炸药（HMX/TATB复合炸药）进行了14、100、140、160和180 ℃等5种不同加热温度下的冲击起爆实验,测量了该炸药内部压力的成长历程。采用点火增长反应速率方程对PBXC10炸药冲击起爆进行了数值模拟。根据实验结果,标定了不同温度下PBXC10炸药的点火增长模型参数,并给出了模型参数随温度变化的关系式,获得了不同温度下炸药的Pop关系。研究结果表明:PBXC10炸药的冲击波感度随温度的升高而升高,但与HMX炸药相比,其冲击波感度对温度的敏感性明显降低,这是因为PBXC10炸药中的TATB具有较好的降感作用。     

不同点火方式下HMX基PBX炸药反应演化过程的特征分析

在长管强约束条件下对HMX基PBX炸药点火实验进行了数值模拟,分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响,获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管2种点火方式,分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆2类实验的唯象模型和数值模拟方法,通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像,柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明,不同点火方式下炸药反应演化进程存在较大差异。如果使用雷管点火,PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应;而使用黑火药点火,PBX炸药会在数毫秒内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸,但随着壳体破裂解体,管内压力骤降,抑制了反应演化向爆轰转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段,其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应,是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

含RDX四组元HTPB固体推进剂的冲击起爆特性研究

为了研究含RDX四组元HTPB固体推进剂的冲击起爆行为和在低温条件下的适应性,在常温和低温条件下,对该固体推进剂进行了冲击加载拉氏分析实验。采用锰铜压力计测量了推进剂中不同位置处的压力变化历程,采用电离探针测量了固体推进剂的爆速。分析了固体推进剂的爆轰成长规律,获得了推进剂的临界起爆压力、爆速、爆压和爆轰成长距离等爆轰特征参量。通过对比不同条件下的特征参量发现,低温对固体推进剂的冲击起爆特性影响较小。此外,还对固体推进剂的冲击起爆过程进行了数值模拟,标定了固体推进剂点火增长模型的反应速率方程参数和推进剂的未反应JWL状态方程参数。     

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算     

非均匀凝聚炸药冲击起爆的数值模拟

为探讨非均匀凝聚炸药的起爆机理,我们编制了一维计算机程序CHD-3。程序中固态炸药状态方程是根据Gr?neisen关系和Walsh技术得到的,爆轰产物采用JWL状态方程,并利用文献中的反应率方程进行计算。     

梯恩梯/黑索今(35/65)炸药的反应速率函数

本文采用Lagrange分析方法和冲击引爆实验数据研究了TNT/RDX(35/65)炸药的反应速率函数。在冲击压力4.69GPa(持续时间约1s)的作用下,采用F4/203A型锰铜压力计测量了样品内六个不同Lagrange位置上的压力历史。以此作为输入量,采用Lagrange分析方法计算了反应流场中的速度、密度和比内能历史。根据这些结果,再使用HOM、JWL和律爆轰产物状态方程计算了反应进程和反应速率。在此基础上采用最小二乘法拟合了Forest Fire和Cochran点火-成长速率函数中的待定系数。考察了不同产物状态方程对这些系数的影响。用HOM和JWL方程得到的速率函数,基本一致,但用律方程得到的速率比前两者低,这是由于在反应区中有明显熵增的缘故。在较高压力下,本文给出的Forest Fire速率同Mader依据POP关系和反应Hugoniot算出的Comp.B炸药的结果有一定差别。使用得到的这两种速率函数进行了一维数值模拟计算,计算结果同实验基本一致。     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法，构建了新的细观反应速率模型，系列数值模拟结果与实验结果均一致，表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药，起爆压力低，冲击起爆过程受热点点火影响较明显，热点点火后的燃烧反应速度较快，表现为加速反应特性；TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药，起爆压力高，冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制，且点火后燃烧反应速度较慢，表现为稳定反应特性。