多元炸药装药冲击起爆的数值模拟

对多元炸药装药的冲击起爆过程进行了数值模拟研究,得到了改变炸药装药层叠顺序后的压力时程曲线．通过分析比较发现：当起爆过程从高爆速炸药传入低爆速炸药时,压力波形过渡平稳,在低爆速炸药到达CJ点时会出现短暂的超压爆轰现象;当起爆过程从低爆速炸药传入高爆速炸药时,会出现回爆现象,压力波形出现双峰,这对于被驱动系统的二次加载是有价值的．     

损伤炸药的冲击起爆数值模拟

通过对炸药化学反应速率方程的分析,建立了基于KIM弹粘塑性球壳塌缩热点模型原理的三项式整体化学反应速率方程模型. 运用遗传算法确定了反应速率方程相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果对比验证所建模型的合理性. 将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX炸药起爆过程进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以描述分析受冲击加载造成孔隙率、颗粒尺寸等变化的损伤炸药的冲击起爆过程.     

飞片存在状态对起爆过程的影响

从理论上分析了中北大学研制的飞片起爆系统小飞片产生的可能性,实验研究了小飞片的形成对整个起爆过程的影响。结果表明：飞片起爆系统能产生出飞片,而且在小飞片存在的情况下,系统的起爆能量明显高于飞片不存在的情况,且爆炸箔的电流波形图略有滞后。     

细化粉体炸药飞片起爆感度的实验研究

运用设计的飞片起爆试验装置对HMX、PETN、HNS三种细化粉体炸药的飞片起爆特性进行了试验研究.研究表明细化粉体炸药的飞片起爆感度明显高于普通炸药,并且得出在炸药的飞片起爆过程中,爆轰成长阶段起着决定作用.     

桥箔电爆炸驱动飞片的数值模拟

为了研究桥箔电爆炸驱动飞片过程中,桥区宽度和加速膛材料对飞片速度的影响,采用AUTODYN软件对这一过程进行数值模拟.模拟结果表明,相比于0.27 mm、0.30 mm、0.33 mm、0.36 mm和0.42 mm的桥区宽度,0.24 mm桥区宽度所驱动的飞片速度最大.对飞片经铝、镍、铜和氧化铝陶瓷四种材料加速膛剪切后,飞片速度和形貌进行了模拟,结果表明氧化铝陶瓷的硬度大,可以提高飞片速度和剪切效果,且加速膛发生形变小,优于其它三种材料.     

波阻抗梯度飞片超高速发射的数值模拟

研究波阻抗梯度飞片的超高速发射特性.应用LS-DYNA有限元程序对波阻抗梯度飞片超高速发射二级飞片的过程进行了数值模拟,计算了二级飞片的压力剖面和速度曲线.研究结果表明,当梯度飞片被聚碳酸酯(Lex-an)封装时,二级飞片的最终发射速度可以达到波阻抗梯度飞片初始加载速度的1.63倍,并且所设计的波阻抗梯度飞片能够实现对二级飞片的准等熵加载.     

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.     

金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.     

钻孔冲击试验的数值模拟

通过对钻孔冲击试验方法的介绍,以及对钻孔冲击试验结果的分析,证明存在一个临界压力,可作为发生冲击地压的应力条件的判据.用RFPA软件对煤样钻孔冲击进行了数值模拟研究,验证了钻孔冲击试验得出的临界压力.随着施加在煤样上的载荷增加,钻孔冲击次数显著增多,冲击强度增大.在临界压力附近,钻孔冲击前后的应力降及声发射急剧增加.     

起爆方式对应力波传播规律影响的数值模拟

根据起爆方式对应力波传播的影响,运用适于求解高速碰撞、爆炸等问题的有限元程序KS—DYNA,对不同起爆方式下的应力波传播进行模拟研究。以岩石中的应力为研究对象,结合经验公式,对柱状装药形式下岩石中的应力波叠加过程进行分析。结果表明：反向起爆时,岩石中的有效应力最大,中间起爆时次之,正向起爆时最小。该结论为不同的工程实际需要选择不同的起爆方式提供了可靠依据。     

爆炸喷涂爆炸波参数数值计算

对爆炸喷涂燃烧室爆轰波的形成及爆轰产物热力学及动力学参数进行了数值计算．结果表明，爆炸喷涂气相爆轰系统爆轰特性主要取决于气相系统的选择和初始混合气体配比．C2H2 O2气相爆轰系统更适合于喷涂高熔点的陶瓷、金属陶瓷及纳米复合陶瓷粉体，其最优化工艺参数应该选择在零氧平衡附近．而H2 O2气相爆轰系统则适用于喷涂低熔点的金属及其合金，金属粉体的熔点越高，最优化参数越接近于零氧平衡点．     

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.     

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。     

单循环脉冲爆轰发动机的数值模拟

对高温火团引发的甲烷-空气混合气体的爆轰过程及管内、外流场做了二维轴对称数值模拟,考虑了CH4-O2-N2的详细化学反应动力学机理,该机理包含了19个基元反应和14种组分。采用分裂格式处理带化学反应的Navier-Stokes方程,使用改进的波传播方法求解流场,使用基于隐式Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入喷嘴后衰减为激波以及进入外流场的全过程。还对轴线上的压力分布和封闭端的推力等进行了讨论,为脉冲爆轰发动机的开发研制提供信息。     

多重命中弹药激光同步起爆技术探讨

该文提出一种新型火炮引信技术思想，阐述了研究弹药多重命中体制的意义。探讨激光同步起爆技术的优点，计算了激光发射器功率和点火火药的能量匹配关系，计算和实验工作为激光同步起爆技术的进一步研究奠定了基础，该命中体制的应用为提高小口径弹药的威力提供新的思路，也可应用于其它武器系统中。     

内爆爆距对舱壁变形影响的数值研究

为研究舱内爆炸时爆距的改变对舱壁的毁伤效应,运用有限元分析软件建立了舱室内爆的仿真模型,分析了爆距变化对舱壁的变形影响及舱内冲击波压力的作用情况.结果表明：在爆距比L₁/L₂>1时,远端舱壁的变形挠度总大于近端舱壁.当爆距L₁增大时,远端舱壁的挠度值呈线性增加,挠度增量约为爆距增量的11%,而近端舱壁的挠度变化不明显;舱内爆炸后作用于远端舱壁的冲击波为初始冲击波与来自近端舱壁及四周刚性舱壁的反射冲击波相互作用而形成的叠加波.     

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。     

2-3km/s初速下圆形破片对金属薄靶的侵彻效应分析

针对2 ～3 km/s初速条件下破片对金属薄靶的侵彻开展了实验和数值模拟研究,用LS-DYNA软件对该速度段下弹丸侵彻金属靶板的过程进行数值模拟,采用爆轰驱动装置发射钢质球形弹丸进行试验研究.分析了不同工况下靶板的毁伤模式,并与600 ～ 800 m/s这一低速段下靶板的毁伤模式进行对比分析.结果表明:数值模拟跟实验吻合较好,在该速度段下,球形钢质弹丸对靶板的毁伤模式主要为穿孔;垂直撞击时在靶板上形成延性扩孔,而在低速度段下,靶板上形成的穿孔直径几乎跟弹丸直径一样,没有形成延性扩孔;垂直侵彻时在钢靶上形成的扩孔直径比在铝靶上形成的扩孔直径大.     

旋转爆轰发动机的有效工作直径设计

采用单步化学反应模型,忽略黏性、热传导和扩散效应等对流动的影响,对流项采用5阶WENO格式进行离散,时间步进采用3阶精度的Runge-Kutta方法,对以H₂/Air为反应混合物的旋转爆轰发动机进行二维数值模拟,研究发动机有效工作的直径范围.研究表明:旋转爆轰发动机在特定条件下的临界直径为0.51倍的轴向长度l,只有大于临界直径时发动机才能正常工作;且随着直径增大,发动机推力、比冲、爆轰波高度和传播速度逐渐增大;通过Lagrange二次插值得到发动机直径上界的近似值为2.80l;以l作为长度单位,得到旋转爆轰发动机有效工作的直径范围为:0.51 ≤ L* ≤ 2.80.      

双脉冲激光驱动飞片实验与理论计算

飞片速度是衡量激光驱动飞片起爆能力的重要指标,如何在有限的激光能量密度下提高飞片速度是需要研究的关键问题之一.本文进行了双脉冲激光驱动飞片实验,采用将激光分束再汇聚的方法,实现双脉冲激光驱动飞片过程;采用激光纹影高速照相法,观测了不同时刻下飞片的形态和位置,给出了飞片运动速度.推导了双脉冲激光驱动飞片速度的理论计算公式,计算了不同激光能量和脉冲间隔下飞片的速度.研究发现,在相同激光能量下,采用适当时间间隔的双脉冲激光,可以提高飞片对激光的能量吸收率,从而提高飞片速度.