非均质固体炸药的冲击引爆临界能量判据研究

分析了冲击引爆过程,研究了非均质炸药受冲击时飞片(或杆)传速给炸药的能量和加载面处高压区域的演化。对于平头飞片,导出了可用于不同直径、不同厚度、不同截面形状的飞片冲击引爆炸药的临界判据,对于几种炸药进行了计算,并同实验进行了比较。研究了轴对称下平板向长杆过渡的临界L/D值,这一数值由最初的1/4及以后的1/12变化为1/8。     

关于初始温度影响TATB炸药冲击引爆阈值的机制问题

通过具体的例证，分析了温度影响ＴＡＴＢ炸药冲击引爆阈值的机制问题，认为温度变化引起密度变化从而使炸药中的空穴参数变化不是导致引爆阈值变化的重要原因。     

固体非均质炸药冲击点火与起爆模型研究进展

综述了固体非均质炸药冲击点火与起爆模型研究的进展,主要探讨基于经验数据模型、微观机制模型和分子动力学理论模型这3类模型的理论基础、存在的问题和工程应用前景,认为基于微观机制点火与起爆模型具有物理概念清晰以及能够预测实验结果的优点和较好的工程应用前景,提出了后续发展的建议。     

复合敏化乳化炸药的压力减敏

为了解敏化剂对乳化炸药压力减敏的影响,研究了化学发泡+空心玻璃微球和空心玻璃微球+膨胀珍珠岩2种复合方式分别敏化的乳化炸药压力减敏。依据乳化炸药爆炸冲击波的波峰值,计算了它在水下受到冲击波作用之后的压力减敏度,将复合敏化的乳化炸药与分别用单一敏化剂的乳化炸药压力减敏度作了比较和分析。结果表明,第1种复合方式敏化的乳化炸药压力减敏度介于单一敏化的乳化炸药之间,以10cm受压距离为例,压力减敏度分别为1.000、0.983、0.210;第2种复合敏化的乳化炸药压力减敏度小于单一敏化的乳化炸药,10cm受压距离的压力减敏度分别为0、0.274、0.618。分析认为,敏化剂颗粒或气泡的破损与其微界面周围局部破乳的综合作用是造成乳化炸药压力减敏的主要原因。     

冲击波对含水炸药减敏作用的实验研究

对水胶炸药和乳化炸药在冲击波作用后的爆炸性能作了对比实验研究,结果表明水胶炸药的抗压性能明显优于乳化炸药,分析认为造成这种差别的原因是两种炸药不同的结构组分和敏化方式。用示波器捕捉两种炸药受冲击波作用前后的水中爆炸冲击波,利用冲击波参数计算炸药的减敏程度,将炸药的压力减敏作用数量化,克服了以往的研究方法只能用半爆率、拒爆率等概念计数表述的不足。     

一种以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性

利用金属箔电爆炸驱动聚酯薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术（电炮），依据DRM（Delayed Robbins-Monro）试验程序，研究了以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性，获得了其50%起爆概率条件下的冲击起爆阈值和100%起爆的最小起爆阈值。利用光纤探针/光电转换器/示波器接收技术，研究了冲击起爆压力幅值和脉宽对该炸药到爆轰距离的影响，得到了相应的Pop关系。     

以纳米TATB为基炸药的短脉冲冲击起爆阈值的测量

利用金属箔电爆炸驱动聚酰亚胺薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术,依据DRM(Delayed Robbins-Monro)试验程序,分别测量了以纳米级、亚微米级TATB为基炸药的50%短脉冲冲击起爆阈值,并进行比较。结果表明,以纳米级TATB为基炸药短脉冲冲击起爆阈值比以亚微米级TATB为基炸药的低,在确保炸药安全的前提下,使用以纳米TATB为基炸药更有利降低短脉冲冲击起爆装置所需的能量。     

冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟

为了探讨非均质炸药在冲击作用下的细观响应特性,分别对以HMX为基的PBX塑料粘接炸药和含孔洞的HMX炸药在活塞推动下热点的形成过程进行了3维离散元模拟(未考虑化学反应)。结果表明,塑料粘接炸药中的热点集中在炸药晶体与粘结剂的结合部,晶体温升低于粘结剂,且晶体边界温升高于内部。对于含孔洞炸药,热点温度与孔洞的尺寸和形状有关,大孔洞塌缩形成的热点温度高于小孔洞塌缩形成的热点温度,球形孔洞塌缩形成的热点温度高于立方体孔洞塌缩得到的热点温度。     

多组分PBX炸药细观结构冲击点火数值模拟

建立了炸药颗粒自由堆积三维计算模型,考虑了炸药颗粒尺寸和位置的随机分布、粘结剂对炸药颗粒的包覆和不同组分炸药颗粒间的级配;采用非线性有限元方法,对炸药颗粒由自由堆积到密实装药的压药过程进行模拟,构建了PBX炸药细观结构模型;对多元PBX炸药（HMX+TATB+Estane）细观结构冲击点火过程进行了计算,考虑冲击作用下炸药内部热力耦合作用和自热反应,计算不同组分比例混合炸药的冲击点火性能,分析了炸药组分对冲击点火的影响。研究表明TATB含量增加,混合炸药冲击感度降低。

     

冲击波作用下乳化炸药压力减敏的表征方法

引入一个新的物理量压力减敏程度,来更合理地表征乳化炸药发生压力减敏的难易程度,为研究其作用机理提供量化的分析工具。分别利用乳化炸药发生压力减敏前后的爆炸冲击波峰压及其对数、冲击波能量和总能量计算压力减敏程度,比较并分析计算结果的优劣。结果表明,几个参数计算的结果都能达到相近的效果,用冲击波峰压计算起来简单方便,冲击波能量计算效果较好。用冲击波参数计算的压力减敏程度能够反映乳化炸药压力减敏的本质,建议采用冲击波峰压计算压力减敏程度,在数值差别不明显时采用冲击波能量来计算。     

Numerical simulation of Composition B high explosive charge desensitization in gap test assembly after loading by precursor wave

Results of numerical research into the desensitization of high explosive charges in water gap test-based experimental assemblies are presented. The experimental data are discussed, and the analysis using ANSYS AUTODYN 14.5 is provided. The desensitization phenomenon is well reproduced in numerical simulation using the JWL EOS and the Lee–Tarver kinetic equation for modeling of the initiation of heterogeneous high explosives with as well as without shock front waves. The analysis of the wave processes occurring during the initiation of the acceptor HE charge has been carried out. Peculiarities of the wave processes in the water gap test assemblies, which can influence the results of sensitivity measurement, have been studied. In particular, it has been established that precursor waves in the walls of the gap test assemblies can influence the detonation transmission distance.     

爆炸焊接界面波的数值模拟

借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA 11.0,运用光滑粒子流体动力学方法(SPH方法),建立以Johnson-Cook材料模型和Grüneisen状态方程为基础的热塑性流体力学模型,对同种钢板爆炸焊接界面波进行了数值模拟.结果表明,运用SPH方法可以得到清晰的爆炸焊接界面波形貌.与实验结果的比较表明:模拟误...     

V型夹层炸药对射流干扰的数值模拟

采用三维有限元程序(LS-DYNA)模拟了射流侵彻放有V型夹层炸药靶板的过程,并与无V型夹层炸药等情况进行了对比。V型夹层炸药爆炸后,运动的两组面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,导致射流偏转、弯曲、着靶点分散,使射流的侵彻深度下降约30%～90%,V型夹层炸药结构干扰程度随入射角度的增大而呈递增趋势。V型角的变化对射流的侵彻深度干扰作用不明显。     

爆轰波管中铝粉尘爆轰的数值模拟

用两相流模型对爆轰波管中的铝粉尘的爆轰波进行了研究。模型考虑了气体和颗粒两相间速度和温度的不同及由于管壁引起的对流热传导和粘性引起的耗散,考虑了由于铝颗粒表面粗糙使得表面积增加的因素。铝颗粒的点火判据使用了新的判据,即铝颗粒在激波后的气流中温度达到铝的熔点且铝全部熔化即被点火。数值模拟了内径为15.2cm的爆轰波管中铝粉尘中爆轰波的传播和发展,得到了爆轰波速度及铝颗粒点火距离,还得到了爆轰流场中物理量的分布。从前导激波面到CJ面处,两相间的速度和温度有明显的差别。还考虑了粒子由于粗糙引起的表面积增加对爆轰波的影响,这个因素对铝颗粒的点火距离的影响较大,对这里计算的铝粉尘爆轰波的速度基本没有影响。结果表明,两相流模型可以较好地描述铝粉尘的爆轰过程,得到具有很粗糙表面、平均粒子直径为3.4m的铝粉尘浓度为304g/m3时爆轰波的速度为1.63km/s,点火距离为3mm,与实验值符合较好。     

温压炸药坑道内爆炸冲击波的数值模拟研究

基于二次反应理论,采用AUTODYN程序对温压炸药(RDX/AP/AL/粘合剂=20/43/25/12,质量比)坑道内爆炸冲击波进行了数值模拟研究。将温压炸药与传统炸药TNT的计算结果进行了比较,结果表明:①在爆炸近区,温压炸药比TNT的爆炸冲击波超压峰值低。但在爆炸远区,温压炸药的爆炸冲击波超压峰值则逐渐超过了TNT,最高达到了TNT的1.48倍;温压炸药爆炸冲击波的冲量峰值始终高于TNT,约为TNT的1.33～1.43倍。②最小二乘拟合得到了温压炸药坑道内爆炸冲击波超压峰值随距离衰减的计算公式,具有一定参考价值。     

烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算

采用多步热分解反应动力学模型,描述单质炸药热分解反应,提出了多组分网格单元计算方法,对以HMX/TATB为基的多元混合炸药在烤燃条件下的热反应过程进行了计算。通过炸药烤燃实验测量了炸药内部温度,获得了炸药点火时间,验证了计算的准确性。分析了混合炸药组成比例的变化对炸药热反应性能的影响。在HMX/TATB混合炸药热反应阶段,主要是HMX发生分解反应释放热量,TATB的反应量很少,随着混合炸药中TATB含量的增多,炸药的点火时间逐渐增长,点火温度逐渐增高,炸药热安全性增强。

     

爆轰加载下金属锡层裂破碎数值模拟

对爆轰加载下低熔点金属锡的层裂破碎问题开展了数值模拟。在利用实验数据对所采用数值方法和材料模型开展对比验证的基础上,通过对样品内部物理量时间及空间分布演化对比分析,剖析了冲击加-卸载中样品内部应力波与材料相互作用过程。此外,通过对比分析不同厚度锡样品在爆轰加载下的动态行为特征,进一步认识了自由面反射稀疏波、边侧稀疏波和入射稀疏波共同作用下层裂破碎演化机制。结果表明,当样品较薄时,层裂破碎行为由反射稀疏波主导;随着样品厚度的增大,反射稀疏波主导区缩小,入射稀疏波和边侧稀疏波主导区逐渐增大。     

Numerical simulation of three-dimensional saturated flow in randomly heterogeneous porous media

This paper presents a numerical method for simulating flow fields in a stochastic porous medium that satisfies locally the Darcy equation, and has each of its hydraulic parameters represented as one realization of a three-dimensional random field. These are generated by using the Turning Bands method. Our ultimate objective is to obtain statistically meaningful solutions in order to check and extend a series of approximate analytical results previously obtained by a spectral perturbation method (L. W. Gelhar and co-workers). We investigate the computational aspects of the problem in relation with stochastic concepts. The difficulty of the numerical problem arises from the random nature of the hydraulic conductivities, which implies that a very large discretized algebraic system must be solved. Indeed, a preliminary evaluation with the aid of scale analysis suggests that, in order to solve meaningful flow problems, the total number of nodes must be of the order of 10⁶. This is due to the requirement that x _i gl _i L _i , where x _i is the mesh size, _i is a typical correlation scale of the inputs, and L _i is the size of the flow domain (i = 1, 2, 3). The optimum strategy for the solution of such a problem is discussed in relation with supercomputer capabilities. Briefly, the proposed discretization method is the seven-point finite differences scheme, and the proposed solution method is iterative, based on prior approximate factorization of the large coefficient matrix. Preliminary results obtained with grids on the order of one hundred thousand nodes are discussed for the case of steady saturated flow with highly variable, random conductivities.