炸药TATB/粘结剂的短脉冲冲击起爆阈值测量

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)实验程序,研究了炸药TATB/粘结剂在各种激励条件下的短脉冲冲击起爆特性,获得了其50%起爆概率条件下的短脉冲冲击起爆阈值,及实验条件下其短脉冲冲击起爆判据为:lnp=0.205-0.87lnτ。并与相同条件下TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆阈值进行了比较。结果表明飞片面积和压力脉宽均对炸药的短脉冲冲击起爆阈值有重要影响,与TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药相比,TATB/粘结剂更钝感。     

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。     

起爆高密度TATB炸药的飞片速度阈值

采用实验与数值模拟相合的方法研究了飞片起爆钝感TATB炸药的性能。设计了飞片可靠起爆钝感TATB炸药的起爆序列,利用全光纤位移干涉测速系统分别测出飞片可靠起爆和未起爆TATB炸药的速度,初步确定飞片起爆钝感TATB炸药的起爆速度阈值。采用DYNA2D程序对飞片起爆TATB炸药过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果相符合。

     

TATB微观结构对炸药爆轰波传播性能的影响

采用不同工艺方法制备出了3种具有不同微观结构特征的超细TATB炸药粉体,用2％(质量分数)的F2311作粘结剂,压制出了不同密度的TATB基炸药试样。采用飞片短脉冲冲击起爆装置,研究了TATB基炸药中爆轰波的传播性能。研究结果表明,在一定的短脉冲冲击起爆条件下,TATB微观结构对炸药爆轰波传播性能影响较为明显。     

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。     

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。     

一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离

利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法,采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置,测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离,研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系,给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载,入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显,相同实验条件下,压力脉宽越长,炸药的到爆轰距离越短;相同压力脉宽下,加载压力越高,炸药的到爆轰距离越短。     

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。     

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。     

多破片对柱壳装药冲击起爆速度阈值的数值模拟研究

为了研究实战环境中多个钨球破片对导弹战斗部(柱壳装药)的冲击起爆问题,采用AUTODYN-3D数值模拟软件,基于单破片撞击柱壳装药模型,建立多破片撞击柱壳装药的模型,开展了不同钨球个数、空间碰撞位置间隔(撞击角θ、轴向球心距l)及时间间隔对冲击起爆特性影响的数值模拟,获得了带壳B炸药的起爆速度阈值。结果表明:相同条件下,随着钨球个数的增加、空间碰撞位置间隔的减小,起爆速度阈值逐渐减小,6个钨球同时撞击的起爆速度阈值约为单个作用下的50%;双钨球作用下,柱壳装药相较于平板装药更难以起爆;双钨球间隔撞击柱壳装药时,起爆速度阈值均随着撞击时间间隔的增大而先减小后增大,最小起爆速度阈值约为同时撞击时的95%,且|θ₂|<|θ₁|(θ₁为第1个钨球的撞击角,θ₂为第2个钨球的撞击角)时更容易起爆柱壳装药。     

复合材料分层断裂判据及扩展准则研究

针对现有层间开裂判据及扩展准则未考虑断裂模式耦合性的现状,本文提出了基于模式混合度的复合材料分层断裂判据及扩展准则。依此模型计算了蒙皮/凸缘复合材料加筋层合板结构的分层扩展行为。计算结果表明,所提出的开裂判据及扩展准则能够较好的预测蒙皮/凸缘复合材料加筋层合板结构的断裂力学行为,所得结果对确定含损伤复合材料加筋层合板结...     

可燃气体中激波与障碍物作用在下游形成爆轰波的数值研究

对平面激波和单个矩形障碍物作用的过程进行了数值模拟,研究了反射产生的上行爆轰波在下游可燃气体中形成爆轰波的过程。数值结果表明,下游爆轰波形成过程主要有2种模式:爆轰波直接绕射和绕射波在上壁面反射,这和已有的实验结果是一致的。通过研究下游爆轰波的形成过程受入射激波马赫数、混合气体的压力和管道尺度的影响,分析了上游爆轰波向下游传播的波动力学过程,讨论了2种形成过程的作用规律和控制因素,阐明了下游爆轰波的形成规律。     

基于气炮实验的PTFE/Al复合材料冲击反应阈值

基于16 mm口径气炮撞击实验,对铝颗粒增强的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)/Al(PTFE/Al)冲击反应复合材料的冲击反应阈值开展了研究。为研究不同撞击加载条件下应变率和碰撞应力对PTFE/Al冲击诱发反应的影响,实验中采用铝、钢和低密度聚乙烯(low density polyethylene, LDPE)这3种不同材料的靶板及不同长度的试样,进行不同加载条件下的测试分析。实验结果显示,PTFE/Al材料的冲击诱发同时受到碰撞压力和加载应变率的影响。同时,通过对试样撞靶过程进行数值模拟,并与实验和理论结果进行对比。基于实验数据,拟合出PTFE/Al材料冲击反应的的预测曲线。     

Original mechanism of failure initiation revealed through modelling of naturally occurring microstructures

Motivated to reveal original mechanisms of failure resistance, we developed a material model that encompasses most reoccurring microstructural features of natural composites. The interesting result of the work is a notion that material failure is governed by the quality of interactions between hierarchical levels in the material microstructure. With intelligent use of the structure, these interactions can be tuned to create a powerful synergetic effect on the material failure behaviour. For example, while exploring different mechanisms of failure initiation in composites with bimodal size reinforcements (an indirect way to model two levels of hierarchy simultaneously) we found that failure initiation could be shifted from stress concentration sites of the higher level to the lower level. One could say that the material behaviour became insensitive to the presence of reinforcements on the higher level—a phenomenon that is counterintuitive to what is commonly known. The new mechanism of failure initiation could only be activated in composites with a highly controlled structural organization—in the studied case, reinforcements of the lower level needed to establish lamellar pathways between reinforcements of the higher level. These pathways lead to formation of an intriguing network-like microstructure. Intelligent communication between reinforcements in such a network created the necessary synergy to change the failure initiation mechanism in a discontinuous fashion. Another finding was that by establishing such a network, tensile stresses near dangerous stress concentration sites were locally transformed into compressive stresses. Resemblance of the revealed mechanism to phenomena on the nano-scale was also discussed. In the course of this work a new method was developed to investigate interactions between reinforcements and their collective input into effective and local properties of a composite. The reinforcement phase was modelled with the use of rigid-line inhomogeneities.     

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。     

Quantitative description and numerical simulation of random microstructures of composites and their effective elastic moduli

A digital image processing technique is used for measurement of centroid coordinates of fibers with forthcoming estimation of statistical parameters and functions describing the stochastic structure of a real fiber composite. Comparative statistical analysis of the real and numerically simulated structure are performed. Accompanying of known methods of the generation of random configurations by the random shaking procedure allows creating of the most homogenized and mixed structures that do not depend on the initial protocol of particle generation. We consider a linearly elastic composite medium, which consists of a homogeneous matrix containing a statistically homogeneous set of ellipsoidal inclusions. The multiparticle effective field method (see for references, Buryachenko, Appl. Mech. Rev., (2001a), 54, 1–47) based on the theory of functions of random variables and Green’s functions is used for demonstration of the dependence of effective elastic moduli of fiber composites on the radial distribution functions estimated from the real experimental data as well as from the ensembles generated by the method proposed.     

CL-20/HMX共晶冲击起爆模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了CL-20/HMX共晶炸药冲击压缩和化学反应行为,获得了密度以及粒子速度的时空分布、冲击雨贡纽、冲击起爆压力、爆轰压力等数据,以及主要中间产物和稳定产物分布。模拟结果显示,共晶的初始分解路径是CL-20中N—NO₂键断裂,主要稳定产物是N₂、CO₂和H₂O。CL-20和HMX的分解速率随着冲击波速度的增加而增加,并且逐渐接近,但各冲击条件下CL-20分子的衰减速率均大于HMX。     

激波聚焦诱导点火和爆轰的数值研究

以二维轴对称多组分Euler方程为基础,采用非正交结构化网格和改进的波传播算法,模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程,描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明,激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域,该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰,其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。     

Mechanism of lamination of particulate composites in shock loading

Translated from Zhurnal Prikladnoi Mekhaniki i Tekhnicheskoi Fiziki, No. 1, pp. 84–91, January–February, 1990.