液体炸药—惰性材料组合式平面波透镜数值模拟

为了指导液体炸药—惰性材料组合式平面波透镜实验设计工作,利用流体力学程序对该透镜实验进行了理论设计和数值模拟,得到了该透镜的几何数据。经与已有的实验结果进行对比,吻合较好。结果表明,用该方法得到的数值结果,可用于该类透镜的实验设计。     

炸药跌落响应数值模拟分析

炸药跌落中可能出现起爆、点火和破碎三种响应,对炸药响应状态计算分析,能够为炸药安全性分析和评价提供依据,为炸药的安全防护提供指导.本研究建立了炸药spigot跌落试验的计算模型,分别对高感度的JO-9159炸药和低感度的PBXC(0)3炸药的跌落过程进行了数值模拟分析,采用点火增长反应速率方程描述炸药起爆过程,采用炸药热力耦合和自热反应模型计算炸药点火温度,网格分离方法描述炸药破碎.计算得到了与试验结果相符的炸药反应临界跌落速度阈值范围,并给出了炸药内部温度变化和变形破碎情况.     

EFP冲击引爆带壳炸药数值模拟研究

利用非线性有限元程序LS-DYNA中的ALE算法对EFP的成型、冲击引爆带壳炸药作用过程进行了数值模拟.与试验结果相比较,数值模拟结果具有较高的可信度,证明采用了LS-DYNA中的ALE算法,能有效获取EFP对带壳炸药引爆过程的参数.     

平面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)模拟了射流以不同入射角侵彻装有平面夹层炸药的靶板过程,并和无平面夹层炸药情况进行了对比分析,发现平面夹层炸药爆炸后,运动的面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,使射流偏转、弯曲、着靶点分散,导致侵彻能力下降。对于垂直侵彻,干扰不明显。对于斜侵彻情况,平面夹层炸药结构使射流的侵彻能力下降约58%～75%,干扰程度随入射角的增大而呈递增趋势。     

准球形EFP成型影响因素的数值模拟

采用非线性动力学程序AUTODYN数值模拟了准球形爆炸成型弹丸(EFP)压垮成型过程,研究了药型罩外曲率半径(R2)和壁厚(h)等结构参数对EFP长径比和速度的影响,并对R2=0.76Dk,h=0.136Dk的EFP进行了脉冲X光摄影实验。结果表明,随着药型罩外曲率半径和壁厚的增大,EFP的长径比逐渐减小,EFP速度逐渐降低;获得了形成准球形EFP的药型罩外曲率半径与壁厚对应关系;数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

TNT和TATB炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解TNT和TATB炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算爆轰产物中碳的Gibbs自由能,用Ree修正的WCA状态方程和Ross软球修正的硬球微扰理论,对TNT和TATB炸药爆轰参数进行数值模拟计算,爆轰CJ点的爆速和爆压的计算结果与实验值吻合得很好。     

低密度材料射流形成过程的数值模拟

为研究在炸药爆轰作用下低密度材料形成射流的过程,采用AUTODYN有限差分软件,对低密度材料尼龙和特氟龙药型罩的成型特性做对比,得出在相同的时间下,形成射流的长度尼龙大于特氟龙,但特氟龙药型罩形成的射流一致性较好;并与广泛使用的高密度铜药型罩的成型对比,对不同时刻射流的形态及速度进行分析,得出低密度材料形成的射流有能量低、稳定性好、射流长径比较大的性质,所以对爆炸反应装甲穿而不爆有显著优势。     

截锥型战斗部斜穿靶数值模拟研究

利用动力有限元程序LS-DYNA对截锥型战斗部的斜穿靶过程进行了数值模拟，分析了穿靶速度、角度、材料性能以及导弹前舱段对战斗部斜穿靶性能的影响。由此提出，可以从增加战斗部材料的强度、韧性和改善战斗部过靶时的姿态等方面来提高截锥型战斗部的穿靶性能，同时还指出设计中应考虑导弹前舱段给战斗部穿靶带来的有利影响。     

机库内爆炸效应的数值模拟研究

利用自编程序MMIC3D建立了机库的三维数值模型,采用三维Youngs界面技术对战斗部侵彻机库后发生爆炸情况下的流场分布进行了三维数值模拟。采用后处理软件Visc3D分析了冲击波在机库内的分布情况,在与实验结果对比的基础上,给出了不同关键点的压力曲线和一些规律性的仿真结果,并且通过计算结果的动画处理,清晰地看到战斗部在机库内部爆炸后所形成冲击波的传播规律。这些结果与规律基本符合物理现象和理论分析,对爆炸场近、远场的物理过程及其效应有了深刻的认识和理解,这对于如何高效毁伤机库内的飞机、人员以及相关设施具有重要的参考价值。     

中心药抛撒金属颗粒群的初速计算与实验研究

中心药驱动下金属颗粒群的运动的形成机理与破片运动的形成机理不同,颗粒群初速不能直接应用计算破片初速的Gurney公式得到。中心药柱爆炸抛撒颗粒群的实验表明,颗粒的平均初速低于应用Gurney模型计算的结果。颗粒平均初速不仅与颗粒/炸药质量比有关,还与侧向损失、颗粒尺寸、颗粒材料的真实密度及颗粒间的孔隙率有关。在考虑以上4种因素的基础上对Gurney公式进行了改进,计算得到的颗粒初速与实验结果比较一致。改进后的Gurney公式可较好地用于中心药柱爆炸抛撒颗粒的平均初速计算。     

大质量钨破片冲击多层间隙盖板炸药数值模拟与试验研究

为分析大质量破片对多层盖板炸药冲击起爆阈值的影响因素,采用SPH和FEM相结合的方法开展了不同盖板厚度和不同盖板间隔情况对起爆阈值影响的数值模拟。在此基础上,采用二级轻气炮作为加载手段,进行了大质量钨合金破片冲击不同盖板及间隙情况下炸药冲击起爆试验研究,获得了起爆阈值。数值模拟与试验结果相一致,表明采用SPH与FEM相结合的方法可以较好地模拟此类问题。通过拟合得到了大质量破片冲击起爆阈值速度与冲击角度之间的经验关系式。分析结果表明,大质量破片冲击产生的大量二次破片对起爆阈值速度和起爆延迟时间具有较大的影响。     

RDX基含铝炸药不同尺寸的圆筒试验及数值模拟

为了研究RDX基含铝炸药在不同装药直径下的做功能力,进行了Φ25.4 mm和Φ50.0 mm两种尺寸的圆筒试验。试验结果表明,爆轰产物相对比容均为10时,Φ50.0 mm比Φ25.4 mm圆筒的膨胀速度提高约4.73%。此外,基于Lee-Tarver点火增长模型,采用有限元动力学程序LS-DYNA对两种尺寸的圆筒试验进行了数值模拟,并与试验结果相比较,确定了该含铝炸药爆轰产物的Jones-Wilkins-Lee状态方程和反应速率方程参数。     

管道中瓦斯爆炸特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了管道中瓦斯爆炸特性。分析了不同初始压力、初始温度、障碍物形状、尺寸及空间位置等条件对管道中瓦斯爆炸超压及火焰速度的影响。研究结果表明:初始温度和初始压力对爆炸峰值超压有一定影响,初始压力越高超压越大,而初始温度越高超压越小,并且变化呈近似线性关系;火焰速度变化不大;障碍物对爆炸过程有显著影响,障碍物在管道中间比在两侧影响大,平板障碍物比长方体和圆柱体障碍物影响大,长障碍物比短障碍物影响要大。     

穿爆弹丸内装药撞击起爆实验及数值模拟

为了研究穿爆弹丸内装药的起爆机理,对穿爆弹丸的惯性点火元件进行设计,进行了弹道发射撞击起爆试验。对炸药采用SPH建模,对其他结构采用有限元网格划分,建立了穿靶过程数值模型。根据含能材料在撞击作用下的非冲击起爆判据,采用ANSYS/LS-DYNA软件对装药的惯性撞击特性进行分析,得到了钝化RDX装药的临界起爆能量范围。结果显示:弹丸以394 m/s的速度撞击7.4 mm的靶板时发生爆炸,装药起爆的临界比塑性能在1.42 GPa·μs～1.63 GPa·μs范围内; 在弹丸能够有效穿透靶板的情况下,弹丸的着靶速度越低,装药所受惯性冲击力越小,惯性作用持续时间越长,装药越容易被起爆。     

容器内填沙爆炸实验的数值模拟

为了研究沙介质衰减爆炸冲击性能,在圆柱形爆炸容器内进行填沙爆炸加载实验。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对实验过程进行数值模拟;分别采用三维流固耦合算法和二维自适应算法对容器结构动态响应进行分析。模拟得到容器外壁面正对爆心部位的环向应变在大装药量时与实验结果吻合较好。通过数值模拟,获取了容器内部壁面反射超压载荷和沙中成腔尺寸等信息。     

复合装药结构隔板实验与数值模拟

为得到钝感炸药（IHE）和高能炸药（HE）复合装药结构对冲击波感度的响应情况,对不同结构的复合装药进行隔板实验,得到了其冲击波感度与药柱高度比值的一阶指数关系。利用显式有限元程序对复合装药结构进行隔板实验的数值模拟,计算结果与实验结果吻合。通过数值模拟计算并比较了铝、有机玻璃、钢隔板和未反应JB-9014炸药的爆轰反应边界值。