基于气固两相反应流的温压炸药能量释放规律数值模拟及实验验证

为研究气体环境、铝粉含量、空间体积对温压炸药能量释放的影响,基于气固两相反应流模型,建立有限差分-物质点耦合算法,对温压炸药密闭容器内爆炸流场演化进行数值模拟及实验验证。结果表明,温压炸药在空气环境中爆炸释放的能量高于氮气中,壁面冲击波峰值压力和空间准静态压力的增幅分别在20%和80%以上,空间准静态压力随空间体积的增大呈先增大后减小的趋势;铝粉含量越高,冲击波在传播过程中衰减得越慢,空间准静态压力越高;铝粉燃烧反应度随空间体积的增加而下降,当比空间体积超过100m³/kg时,反应度下降到90%以下,且铅粉含量越高,其反应程度越低。     

铝粉粒径对HMX基温压炸药在密闭空间爆炸参数的影响

为研究铝粉粒径对HMX基温压炸药在密闭空间爆炸参数的影响,对铝粉中位径(D_(50))分别为2.7μm(配方1)、5.4μm(配方2)、23.8μm(配方3)和96.9μm(配方4)的HMX基温压炸药在球形爆炸罐进行了内爆试验,利用压力测试系统测得了爆炸后的反射波压力曲线,根据反射波超压峰值、冲量、准静态压力、准静态压力上升时间和压力衰减系数5个特征参数分析爆炸能量输出特性。结果表明,随着铝粉粒径的增加,反射波超压和冲量呈先增加后减少的趋势;配方2的反射波超压和冲量最大,分别比配方1高13%和7.4%,比配方3高35.6%和16.8%,比配方4高47.8%和32.7%;配方2的准静态压力P_(QS)最高,分别比配方1高3.9%,比配方3高1.8%,比配方4高1.6%;准静态压力上升时间长短依次为:配方1配方2配方3配方4;压力衰减系数大小依次为:配方1配方2配方3配方4。表明铝粉粒径对反射波压力和准静态压力影响较大。     

温压炸药爆炸火球的特征

用红外热成像仪对温压炸药和常规炸药的火球特征参数进行了测量,发现温压炸药的热辐射远大于普通炸药.用高速摄像记录了温压炸药的二次爆炸现象,通过与B炸药的爆炸过程对比,发现二次爆炸对温压炸药的爆炸火球具有一定的增强作用.     

壳体约束强度对温压炸药空中爆炸性能的影响

为评估壳体约束强度对温压炸药爆炸性能的影响,对不同壳体约束强度下的固体温压炸药进行野外静爆试验,用AUTODYN软件对该过程进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,相同装药条件下,裸装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值大于带壳装药;铝壳体装药爆炸冲击波参数值、冲击波衰减速率和后燃峰压力值较钢壳体装药高;数值模拟得到的冲击波曲线形态、峰值及冲量与试验结果吻合较好,且裸装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较带壳装药早,铝壳体装药爆炸冲击波的后燃峰到达时间较钢壳体早;初始冲击波超压值受壳厚影响较大,壳体的存在使冲击波的传播滞后。     

温压药剂的热毁伤研究

运用红外热成像仪分别测量了不同质量的温压药剂和TNT爆炸火球的表面温度.根据实测结果分析了温度场的分布情况,并拟合出温压药剂爆炸火球的直径、持续时间与装药量的关系式.依据炸药的爆炸特性,确定了热毁伤准则,结合Baker火球模型,对温压药剂和TNT爆炸产生的不同程度的热毁伤半径进行了计算.结果表明,温压药剂具有较好的热毁伤效应,用作用区面积评价法可获得温压药剂的TNT当量比为3.89.     

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%。     

压装高能炸药的燃烧转爆轰实验研究

用电探针和压力传感器测定了质量分数为95%压装高能炸药(密度为1.86 g/cm~3)的燃烧转爆轰特性.研究了点火药量和约束条件对压装高能炸药燃烧转爆轰过程的影响.结果表明,压装高能炸药难以发生燃烧转爆轰,点火药药量从1.5 g增至3.0 g时,炸药的反应强度有所提高,但对燃烧转爆轰的影响较小.在强约束条件下,该压装炸药能基本实现燃烧转爆轰,爆轰诱导距离约为545 mm.     

高聚物黏结炸药的冲塞试验研究

用冲塞试验评价大药量装药在撞击、剪切、绝热加热等综合作用条件下的安全性.用火药加速装置对试件加速,并通过高速摄像机拍摄炸药试验件跌落撞靶、点火等试验过程,利用冲击波压力传感器测试冲击波超压表征炸药试验件的反应程度.结果表明,PBX-1炸药在撞靶速度高达37.6 m/s时没有发生反应,且PBX-2炸药在撞靶速度为27.7 m/s时发生了爆燃反应,在撞击速度低于25.5 m/s时未发生反应,说明PBX-2炸药的冲塞试验撞击感度高于PBX-1炸药.     

凝聚相炸药爆炸火光现象的初步研究

为弄清凝聚相炸药爆炸火光现象的形成机制及影响爆炸发光现象的相关因素,对凝聚相炸药爆炸过程中存在发光现象的各阶段发光机制进行了理论分析,用文献试验结果分析了影响爆炸发光强度的因素。采用高速摄像的试验手段研究了16种凝聚相炸药的爆炸火光现象。结果表明,凝聚相炸药的爆炸发光过程由爆炸和后燃两阶段组成。凝聚相炸药的爆炸发光强度与炸药的爆压、爆温、爆速和氧平衡均有关系。而炸药的氧平衡和质量则影响爆炸火光现象持续的时间。     

The Effect of Shear Strain on Texture in Pressed Plastic Bonded Explosives

The insensitive explosive PBX 9502 contains 95 wt‐% of TATB crystals and a plastic bonding agent (Kel‐F). The TATB crystals have plate‐like morphology, similar to that of graphite or boron nitride. We have used X‐ray diffraction to measure the preferred orientation (texture) of the TATB crystals in parts fabricated by pressing PBX 9502 powder. Independently, we have used finite‐element calculations to derive the direction and magnitude of the shear imposed during the consolidation of this composite material. Based on our results, we propose that the texture develops because the applied shear causes the TATB crystals to rotate such that their (002) basal planes are parallel to shear planes. The texture predicted by this model agrees qualitatively with that measured at various locations within the PBX 9502 compact. Further validation of this model is obtained by the measurement of the thermal expansion coefficient of PBX 9502, which is highly anisotropic.     

Al粉对炸药爆炸加速能力的影响

采用电探针法测量了RDX基含铝炸药爆炸驱动金属薄片的速度变化,分析了铝粉含量对炸药爆炸加速能力的影响。结果表明,炸药爆炸对金属薄片的加速能力受配方中铝粉的反应比例影响;金属薄片的加速过程分速度增长和速度减小两个阶段;金属薄片达到最大速度的距离与铝粉的含量有关,随着铝粉含量的增加,达到最大速度的距离有所增加,该距离在40~60mm。铝粉含量对炸药爆炸加速能力的贡献有一最佳值,对于RDX基含铝炸药,其值约为15%。     

摩擦效应对某PBX炸药动态力学性能的影响

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)围压加载下的试样受力模型,考虑试样与套筒间的摩擦效应,建立了动态力学性能参量(动态泊松比及动态杨氏模量)的修正方法,并以某浇注PBX炸药为例,分别以常规方法和修正方法计算了4种试样的动态力学性能,并进行了对比。结果表明,对于实验所用的浇注PBX炸药,在应变率300~2000s~(-1)内,修正方法与常规方法所获得的动态参量误差不超过5%,可以忽略摩擦效应对此PBX炸药动态参量的影响。     

复合载荷作用下TATB基PBX炸药药柱的损伤试验研究

为研究损伤炸药的安全性,在温度载荷和机械载荷的复合作用下,对TATB基PBX炸药药柱进行了较轻微和较强烈两种不同程度的损伤试验。测试了损伤前后PBX药柱的密度、超声波声速和增益值变化,采用隔板试验测试了冲击波感度。结果表明,经两种复合载荷作用后药柱的密度分别减小0.15%和2.16%,超声波声速减小0.97%和7.87%,增益值增加43.32%和49.07%;50%爆轰隔板厚度分别增加约2.08%和30.21%,表明复合载荷作用越强烈,药柱密度和声速值减小越明显,损伤越严重,冲击波感度越高。     

基于液压致裂法的PBX炸药内部拉伸应力测试可行性研究

为了满足高聚物黏结炸药(PBX)内部拉伸应力测试的需要,利用液压致裂法和孔边应力状态修正实验,建立了基于液压致裂法的PBX炸药内部拉伸应力测试方法。为验证测试方法的有效性,采用材料万能试验机模拟构件内部拉伸应力,结合自主搭建的PBX液压致裂测试平台,开展了不同拉伸应力下的液压致裂应力测试实验。结果表明,直接利用液压致裂法能定性描述PBX炸药的内部拉伸应力,测试结果与预加拉伸应力有较好的相关性(相关系数为98.90%),但不能定量描述;通过对带孔试样进行单轴拉伸实验,获得孔边有效应力集中系数,对液压致裂法的孔边应力状态进行修正,修正后的应力值与预加应力吻合较好,平均相对误差10.67%。建立的测试方法不受测试深度限制,理论上可以测出拉伸应力的大小和方向,是一种基于液压致裂法的PBX炸药内部拉伸应力定量测试方法。     

关于油页岩干馏本体能耗的试验研究

探讨了油页岩干馏本体能耗的构成,通过油页岩试样的多次干馏试验和铝甄空载试验,总结了试验过程中各升温段的耗电量数据,分析了试验总能耗中油页岩干馏本体所消耗的能量,并研究各升温段的本体能耗特点,为油页岩工业化干馏的本体能耗计算提供数据资料。