水下爆炸冲击波的数值模拟与试验研究

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对小当量TNT炸药在无限水域内爆炸进行数值模拟,并将数值计算结果与实验室内实测数据以及传统的经验公式计算结果进行对比。分析发现:用传统的经验公式计算小当量TNT炸药在水下爆炸时的爆炸冲击波压力峰值,与实测值相比存在较大误差;运用有限元显式动力分析方法计算得到的水下爆炸冲击波压力峰值与实测值相吻合,并且水下爆炸冲击波波形相近。对数值计算值进行拟合得到水下爆炸冲击波压力峰值的计算公式,可以对同等条件下的水下爆炸试验进行估算。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

水下爆炸气泡脉动试验研究

采用水中爆炸压力测量系统对不同工况下的水下爆炸压力进行了测量,得到了装药在近水底、自由场和近水面爆炸条件下气泡脉动特性的试验数据,并将试验结果与已有的水下爆炸理论公式进行了比较分析。分析结果表明:TNT炸药在自由场爆炸条件下气泡脉动周期测量结果与理论公式计算结果吻合较好,用试验验证了理论计算公式的正确性;在近水底爆炸条件下,爆炸气泡脉动周期较自由场条件下长;RDX炸药在自由场条件下和近水面爆炸,测量的爆炸气泡脉动周期与理论公式计算结果相比较小。     

工业炸药能量测试方法的分析

为了研究不同能量测试方法对工业炸药能量测试结果的影响,分别采用爆热、铅壔法和水下爆炸法测量了几种典型工业炸药样品的能量。结果表明:3种测试方法都能用于评价炸药的能量水平,其中爆热和水下爆炸法能直接得到样品的能量值,水下爆炸法适用于大药量样品的能量测试要求。水下爆炸试验结果表明,参比TNT药柱的总能量为3.410mJ/kg,粉状乳化炸药的总能量为3.758mJ/kg,1号和2号岩石乳化炸药的总能量分别为3.411mJ/kg和3.182mJ/kg,二级和三级煤矿许用乳化炸药的总能量分别为3.021mJ/kg和2.947mJ/kg,这5种工业炸药的TNT当量分别为1.10、1.00、0.933、0.886和0.864。水下爆炸测得的5种工业炸药能量为爆热测量值的76.1%～78.8%。     

含铝炸药深水爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟

为了研究CL-20基和HMX基及其含铝炸药深水爆炸过程,选取LX-14、LX-19、PAX-30和PAX-29 4种炸药,采用AUTODYN数值计算软件,计算其深水爆炸过程的各项参数。计算结果表明:CL-20基炸药水下爆炸性能优于HMX基炸药;铝粉的加入可以大幅度提高冲击波峰值压力、气泡脉动周期及气泡最大半径,而二次压力波峰值压力略有降低。计算TNT深水爆炸过程的参数,并与试验值相对比,误差小于5%,说明球对称一维方法可以很好地模拟炸药深水爆炸过程。最后,计算得到4种炸药的峰值压力均符合水下爆炸相似律,拟合得到4种炸药峰值压力相似常数。     

不同类型炸药水下爆炸时冰层损伤特性研究EI北大核心CSCD

为了探究水下爆炸冲击波与气泡脉动载荷联合作用下冰层损伤特性以及不同类型含能炸药水下爆炸对冰层损伤特性。采用动力学分析软件LS-DYNA中的任意拉格朗日欧拉(ALE)法建立了计算水下爆炸气泡动力学模型及水下爆炸冰-水全耦合模型,考虑了冲击波载荷及复杂的气泡载荷耦合全过程;在此基础上,分析了烈性奥克托今炸药(HMX)及不同铝氧比黑索金炸药(RDX)对冰层损伤特性的影响。研究结果表明:计算模拟结果与试验结果吻合良好,验证了计算模型的有效性;揭示了水下爆炸冲击波和气泡载荷联合作用下的冰层损伤机理;HMX炸药对冰层的损伤威力更强,RDX(0.36)比RDX(0)、RDX(0.16)、RDX(0.63)对冰层产生的毁伤效应要强,其与TNT对冰层造成的毁伤效应强度接近。依据研究结果冲击波载荷是造成冰层损伤区域大小的主要毁伤元素,而气泡载荷主要影响冰层毁伤区域的破碎形态;根据不同毁伤目标应用特性,调节炸药配方比,改变冲击波能与气泡能的输出结构,可实现冰层的不同毁伤模式。     

水胶炸药不同交联时间水下爆炸能量的研究

为了研究化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量的影响,制备了交联时间分别为0.5、1.0、3.0、24.0、72.0 h和168.0 h的水胶炸药;在相同的试验条件下,采用水下爆炸法分别测试不同交联时间下水胶炸药水下爆炸的比冲击波能、比气泡能以及总能量,并与2^#岩石乳化炸药水下爆炸总能量进行对比。结果表明,化学发泡剂对水胶炸药水下爆炸能量有较大的影响,在一定的交联时间范围内,随着交联时间的延长,水胶炸药的水下爆炸能量持续增加,当交联时间为72.0 h左右时,水胶炸药的水下爆炸能量达到最大;此后,若再延长交联时间,水胶炸药的水下爆炸能量呈下降趋势。交联时间为1.0 h时,水胶炸药的水下爆炸总能量与2^#岩石乳化炸药的水下爆炸总能量相当。     

水下爆炸气泡脉动的数值研究磁

利用AUTODYN软件模拟PETN药柱和TNT球形装药水下爆炸气泡脉动的过程,分析了脉动周期与最大半径随装药量、爆炸深度的变化规律。结果表明：当炸药所处的爆炸深度一定时,气泡膨胀最大半径与初始半径的比值、气泡脉动周期与初始半径的比值均为一个定值;一定质量的TNT装药水下爆炸时,气泡最大半径随爆炸深度呈指数形式变化且该变化规律与装药量无关;在不考虑重力的影响下,装药的爆炸深度一定时,当装药的初始半径成倍增加时,气泡脉动最大半径亦成相同倍数增加。     

文摘

用二维螺旋形导爆索控制水下爆炸冲击波的试验研究 炸药在水下爆炸会产生爆炸冲击波,作者采用二维螺旋形导爆索探讨了控制水下爆炸冲击波的有关试验方法。根据测出的水下爆炸冲击波压力的结果,可以看出水下冲击波最大压力值和压力作用时间的变化过程。     

含5/7单基药灌注炸药的制备及性能研究?

针对5/7单基药,采用了R1、R2和R33种不同的填充材料制备抗水型灌注炸药。利用改进的工艺解决了5/7单基药小孔隙的填充问题;该炸药的水下测试结果显示,含R1、R2和R3的灌注炸药TNT当量为0.97、1.11和1.34,能量呈明显递增关系,结果与灌注液和发射药颗粒能量匹配相对应;对R2和R3灌注炸药以及5/7单基药颗粒的爆炸过程进行高速摄影,发现它们在相同时间段火球明显不同,R3灌注炸药火球亮度、大小及持续时间明显超过R2体系,这与水下爆炸结果相一致,而未灌注的5/7单基药颗粒在冲击作用下还存在燃烧现象。这些结果为配方设计提供了依据。