背板材料及炸药厚度对破片冲击起爆8701炸药装药的影响

为了研究背板材料及炸药厚度对破片冲击起爆8701炸药装药的影响,设计了单一破片和双破片冲击起爆屏蔽8701装药的试验。采用AUTODYN-3D软件进行数值模拟,通过改变背板材料及炸药厚度,来改变背板反射波的幅值,探究其对装药起爆阈值的影响。试验结果表明,在本研究装药结构下,除双破片撞击产生的冲击波叠加作用影响装药起爆的速度阈值外,背板反射波亦影响装药起爆的速度阈值。模拟结果表明,临界起爆速度随背板波阻抗的增大而减小;随炸药厚度的增大,背板反射波的作用逐渐减弱,当炸药厚度增大到30mm时,靠两钨球撞击产生的冲击波叠加起爆装药,背板对双破片冲击装药的临界起爆速度几乎无影响。     

装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度的影响

为研究柱形装药长径比与装药壳体厚度等结构参数对轴向预制破片抛掷速度的影响规律,以Gurney公式的假设为基础,提出爆轰产物二维运动假设条件,推导并得到轴向预制破片抛掷速度与装药长径比和装药壳体厚度之间的关系式.模拟了柱形带壳装药结构对轴向驱动预制破片抛掷速度的影响,所得结果与文献值吻合.用数值模拟结果修正关系式,得到柱形带壳装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度的影响规律,以及轴向预制破片抛掷速度沿径向的分布规律.     

钨合金破片撞击复合靶后装药的实验研究

利用杀伤战斗部所产生的高速钨合金破片撞击复合靶后装药(铸装H-6炸药),以期观测复合靶后装药是否产生爆燃现象。利用工业CT分析了钨合金破片对复合靶后装药的侵彻情况。结果表明,虽然钨合金破片具有了较高的速度,但在贯穿一定厚度复合靶时,其动能急剧下降并产生了破裂,这是未能起爆靶后装药的一个主要原因。     

周向液体层对战斗部破片加速过程的影响

为研究外部液体介质对杀伤战斗部破片加速过程的影响,设计了液体层厚度与装药直径之比为1∶1的模拟样机,开展了满腔、半满和空腔3种状态下的模拟样机静爆试验,得到周向液体层包覆下战斗部的破片速度,并利用LS-DYNA软件对3种状态下装药加速破片的过程进行了分析,与试验结果进行了对比。结果表明,外部液体介质影响了战斗部装药爆轰能量的分配,进而降低了装药加载破片的性能,在满腔状态下破片的速度仅能达到空腔状态下的55%~60%;半满状态时,水介质的径向惯性约束作用使得爆轰产物并未均等地向各个方向膨胀作功,而是向无水方向流动较快(类似于局部泄爆),其能量出现不均衡分配,进而有效提高了无水一侧破片的速度,达到空腔状态下的1.65倍。数值模拟的结果与实验结果相吻合,进一步验证了周向液体层对战斗部破片加速过程的影响。     

钢包覆式活性破片侵彻双层铝靶的行为特性研究

为研究包覆式活性破片撞击双层铝靶的毁伤效应和机理,利用14.5 mm弹道枪,开展了同质量、同尺寸的惰性钢破片、钢包覆金属/聚合物型活性破片以不同着靶速度侵彻3 mm+3 mm双层间隔铝靶的实验,分析了活性破片冲击双层间隔铝靶的点火及毁伤机理。结果表明,当破片着速为491~1391 m/s时,两型破片对前靶的穿孔形态和机理相同,为圆孔及冲塞型穿孔,孔直径以及孔直径随着速变化规律也基本相同;当破片着速大于947 m/s时,活性破片对后靶的穿孔开始显著大于前靶,主要是因为两靶间诱发了剧烈化学反应,且破片着速越高,反应越剧烈,后靶的毁伤增强效应越显著,当破片着速为947~1391 m/s时,后靶穿孔面积平均为4.1倍破片截面积,最大为7.2倍;该弹靶条件下活性破片冲击点火阈值速度约为947 m/s。     

破片撞击起爆屏蔽B炸药的数值模拟和实验

用工程理论计算、数值模拟和实验验证方法研究了小破片和杆破片撞击起爆屏蔽（屏蔽板为6mm厚钢板）B炸药的速度阈值。结果表明。对于小破片，3种方法计算出的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值基本接近；而对于杆破片，计算出的撞击起爆速度阈值偏小，数值模拟和实验得出的速度阈值基本接近。这说明所引用的屏蔽B炸药破片撞击起爆速度阈值工程理论计算公式只适用于小质量规则破片，而由于计算公式中缺少体现打击面积的参数，因而并不适于计算杆破片的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值。由实验方法得出，用4．65g小破片撞击起爆6mm钢板屏蔽B炸药的速度阈值约为2522m／s，用质量为8．78g、直径为5mm的杆破片撞击起爆6mm钢板屏蔽B炸药的速度阈值约为2161m／s。     

炸药驱动预制破片轴向抛掷速度规律研究

为解决爆轰产物对轴向预制破片的作用压力从柱状装药中心沿径向逐渐降低,从而导致轴向预制破片抛掷速度沿径向逐渐变小的问题,研究了柱状装药长径比与装药壳体厚度等装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度沿径向分布规律的影响,针对某种轴向前置预制破片战斗部,进行了破片轴向抛掷速度沿径向分布规律的试验.结果表明,装药长径比以及装药壳体等装药结构参数对轴向预制破片抛掷速度影响较大,通过装药尺寸、壳体厚度等参数匹配,可以调整轴向预制破片的抛掷速度.     

模拟破片撞击下PBX-2炸药的响应规律

为了研究炸药在不同速度破片撞击环境下的安全性能,设计了小弹丸撞击方式模拟破片作用,对PBX-2炸药进行了撞击试验。采用锰铜压力计测试样品中的压力变化,通过高速录像照片分析了点火反应过程,用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,获得不同速度模拟破片撞击下炸药的响应规律。结果表明,模拟破片试验中PBX-2炸药反应程度明显高于枪击试验;建立的模拟破片撞击试验方法为评估炸药在异常环境下的安全性能提供了一种新的技术途径。     

约束条件对发射装药机械冲击作用下敏感特性的影响

选用制式发射药进行了子弹撞击、破片撞击和空心装药射流撞击试验,研究了钢和可燃药筒的强、弱两种约束条件对发射药在机械冲击作用下敏感特性的影响。结果表明,在子弹撞击和破片撞击的高速机械冲击作用下,约束条件对发射装药的敏感特性响应结果影响明显;强约束条件下发射装药发生燃烧或爆炸响应,弱约束条件下发射装药无响应或发生燃烧响应,在空心装药射流的最强机械冲击作用下,约束条件对发射装药的敏感特性响应结果无明显影响,弱、强约束条件下发射装药的响应结果一致;在发射装药壳体上设计容易泄压的薄弱环节有利于降低发射装药受到意外机械冲击作用时的反应剧烈程度。     

破片轴向飞散战斗部破片速度的分布规律

用数值模拟和试验两种方法研究了不同装药长径比的破片轴向飞散战斗部在单点起爆与平面起爆两种起爆方式下的速度分布特征.结果表明,装药端面中心位置处破片速度最高,沿径向大致呈抛物线趋势衰减;随着长径比的增大,破片速度增大,但增大幅度趋缓;相对于中心单点起爆,平面起爆提高了装药爆轰的瞬时度,减弱了爆轰产物气体侧向稀疏作用,能够有效提高破片速度,且速度增益在中心位置处最大,沿径向增益趋缓;就装药结构来说,长径比越大,速度增益越小,平面起爆能够更有效地提高小长径比战斗部的破片速度增益.     

撞击作用下炸药装药的尺寸效应研究

利用大型撞击加载装置对不同直径的炸药装药进行了模拟实验 ,分析了撞击作用下药柱直径对其敏感性影响 ,为炸药装药发射安全性研究提供了合适的模拟药柱尺寸     

壳体厚度和爆炸深度对水下爆炸冲击波的影响

根据Cole水下爆炸冲击波经验公式和C-J爆轰理论,用AUTODYN软件对带壳小药量装药水下爆炸进行数值模拟,计算了不同壳体厚度的TNT水下爆炸冲击波压力峰值,得到带壳装药水下爆炸冲击波峰值压力的拟合公式,分析了冲击波随装药壳厚与半径比以及爆炸深度的变化规律.结果表明,带壳装药水下爆炸的冲击波峰值压力随壳厚与装药半径比...     

破甲/杀伤多用途战斗部结构设计及试验研究

为使战斗部能够打击多种目标,在保持原单兵破甲战斗部的质量、外形结构和破甲威力基本不变的条件下,利用新型薄型波形控制器、半预制壳体和精密破甲战斗部技术,设计了破甲/杀伤多用途战斗部。采用射流垂直穿深试验、射流大间隔靶和破片杀伤试验,研究了改进后单兵破甲弹的射流穿深和破片杀伤威力。结果表明,设计的多用途战斗部在大炸高下使射流侵彻带前挂板加厚度80mm/50°均质靶后,还可穿透不低于3块厚度10mm的Q235靶板。周向杀伤破片能穿透距爆心5~10m处厚度1.5mm的Q235鉴证钢板,破片密度不小于2枚/m2,实现战斗部多功能的打击需求。     

化工园区目标储罐受撞击荷载的易损性分析

化工园区或厂区内,立式储罐撞击荷载的易损性能够反映其抵抗爆炸碎片撞击破坏的能力。本文将立式储罐在爆炸碎片撞击下的破坏失效问题界定为目标储罐撞击荷载的易损性问题,分析得到爆炸碎片随机参数分布。基于最大塑性应变准则构建了目标储罐在爆炸碎片撞击作用下的破裂失效极限状态方程并验证了方程的准确性。应用蒙特卡罗模拟绘制目标储罐在爆炸碎片撞击下的易损性曲线,得出碎片的撞击速度是影响储罐动力学响应的主要因素,撞击角在10°~40°时,角度变化会显著影响爆炸碎片的破坏能力。通过随机参数敏感性分析得出,储罐材料密度、撞击速度与目标储罐破裂失效概率正相关,储罐材料屈服强度、壁厚、碎片质量、撞击角与目标储罐破裂失效概率负相关;在设计制造大型立式储罐时,为了降低撞击荷载易损性,可以选用低密度、高强度级别的钢材,在满足储存工艺要求、施工能力与经济预算的前提下,选用厚度较大的圈板作为罐壁等。     

PBX炸药剪切流动点火性能的实验研究

为了研究PBX炸药在完全约束加载和剪切流动加载下的点火性能,采用一级轻气炮对完全约束、剪切流动(不同开孔直径)的实验样弹进行加载,采用高速摄影记录了PBX炸药装药在冲击加载过程中的反应情况,并通过压力传感器测得了加载过程中的应力曲线。使用LS-DYNA软件对完全约束加载和剪切流动加载进行四分之一模型仿真计算,用完全约束下应力参数进行模型参数校核,使用校核的模型参数对剪切流动实验进行计算,获得了炸药在不同条件下的流动速率等参数。结果表明,炸药在剪切流动加载过程中相比于完全约束的装药更容易发生反应;剪切流动加载过程中,PBX炸药是否发生反应,不仅与剪切流动速率有关,而且还与单位时间流量有关,3 mm开孔直径单位时间流量比2 mm开孔直径增加62%。     

含能破片冲击薄靶的释能时间

为了解释含能破片冲击侵彻薄靶板时的释能时间与侵彻历程关系,用LS-DYNA和理论分析研究了不同靶板材料、不同头部厚度的含能破片冲击侵彻过程和释能时间,得到释能时间与侵彻过程的关系.结果表明,通过调整破片的头部厚度可实现含能破片的靶后释能.     

不同壁厚下40CrMnSiB钢柱壳内爆炸膨胀裂纹生成机制分析

针对内爆加载下弹体钢壳膨胀断裂机制，采用光滑粒子流体动力学方法(smoothed particle hydrodynamics, SPH)对几种壁厚下40CrMnSiB钢柱壳在内爆载荷下的膨胀断裂过程与裂纹分布规律进行了数值模拟；利用爆炸水井回收技术开展了对比实验研究；结合柱壳断裂破片的宏观形貌与微观组织分析了其裂纹的生成机制。结果表明，40CrMnSiB钢柱壳的断裂模式随着壁厚的增加由纯剪切逐渐过渡到拉剪混合；当柱壳壁厚由4mm增至17mm时，拉伸裂纹所占比例由0逐渐增至4/5,柱壳裂纹周向密度和形成破片总数则分别减小了54.54%和67.06%,并且随着金属柱壳壁厚的增加，最终破片的质量分布逐渐分散；分析回收破片微观组织发现，柱壳的断裂实际是由壳体内表面产生的剪切裂纹与外表面产生的拉伸裂纹共同作用及相互竞争的结果，裂纹之间存在相互屏蔽的现象。     

高强玻璃纤维板抗高速破片侵彻性能试验

为了研究高强玻璃纤维板抗高速破片侵彻性能,开展了弹道试验,探讨了破片入射速度、靶板厚度对高强玻璃纤维板抗侵彻性能的影响,通过对弹道试验结果分析,指出了高强玻璃纤维板的变形失效模式、吸能特性和抗侵彻机理。结果表明:破片在侵彻高强玻璃纤维板过程中可视为刚体,高强玻璃纤维板迎弹面破坏模式为纤维剪切破坏并伴随纤维反向喷出,迎弹面弹孔附近区域出现基体碎裂、纤维脱粘;背弹面破坏模式为纤维拉伸断裂,背弹面损伤区域远大于迎弹面损伤区域;高强玻璃纤维板单位面密度吸能随着破片侵彻速度增加呈线性增加,在试验速度范围内,得出了立方体破片侵彻不同厚度靶板入射速度与剩余速度、入射速度与靶板单位面密度吸能关系。     

混凝土冲击破坏的分形研究

利用直径100 mm的分离式霍普金森压杆试验装置,对混凝土进行不同应变率等级的冲击压缩试验,研究了冲击破坏后混凝土试件碎块的尺度分布规律及其分形特征.结果表明:随着应变率的提高,试件破碎程度逐渐增大,碎块平均尺寸不断减小,碎块质量分布由粗粒端向细粒端移动;冲击破坏后混凝土试件的碎块尺度分布具有明显的分形特征,其冲击破坏分维值随应变率的增大近似呈幂函数式增长,且冲击破坏分维越大,试件碎块平均尺寸越小,试件破碎越严重;混凝土冲击破坏分维的变化与其动态力学性能指标间具有密切联系,随着冲击破坏分维的增大,动态压缩强度、动态峰值应变及动态压缩韧性均不断增大.     

壳体对炸药水下爆炸近场特性的影响

为了研究壳体对炸药水下爆炸近场特性的影响,在水下进行了Φ25mm圆筒试验与Φ25mm裸药柱滑移爆轰试验,对比分析了带壳装药、裸装药的冲击波迹线与壳体、气泡的膨胀迹线。结果表明,壳体对炸药爆炸后冲击波的衰减作用较为明显,带壳装药水下爆炸冲击波波阵面压力与冲击波传播速度以相对较低的初始值(0.9GPa,0.78mm/μs)近似保持不变,而裸装药水下爆炸冲击波波阵面压力与冲击波传播速度从较高初始值(8.5GPa,0.92mm/μs)以指数形式快速衰减;不同膨胀时期壳体对膨胀过程的影响不同,导致水下爆炸初期(0～5μs)与后期(20μs以后)带壳装药壳体的膨胀速率低于裸装药气泡的膨胀速率,水下爆炸中期(5～20μs)带壳装药壳体的膨胀速率高于裸装药气泡的膨胀速率。