固体炸药冲击起爆研究

为了研究固体炸药冲击起爆特性,对JO-9159炸药进行了隔板冲击加载实验,用高速摄影方法记录炸药冲击起爆过程;用解析计算方法分析了有机玻璃隔板的临界厚度值;建立了炸药冲击起爆模型,对起爆过程进行了数值模拟,计算了炸药在冲击作用下的压力历史,分析了JO-9159炸药起爆压力阈值和爆轰成长距离。     

PBX炸药细观结构冲击点火的二维数值模拟

为了研究冲击加载下非均质炸药的点火机理,对PBX炸药细观结构在冲击加载下的响应过程进行了二维数值模拟.首先对炸药颗粒的压制过程进行数值模拟,获得PBX炸药的细观结构模型.然后对炸药冲击点火进行数值模拟计算,考虑了热力耦合作用和炸药自热反应,分析了炸药颗粒尺寸、密度和黏结剂对炸药冲击点火的影响.结果表明,冲击作用下PBX...     

PBX炸药二维冲击起爆机理的数值模拟

建立了基于KIM模型的一个化学反应速率方程模型,用于分析PBX起爆和爆轰行为的损伤作用.运用遗传算法确定了反应速率方程的相关参数,通过与Forest-Fire反应速率模型数值模拟结果对比,验证了所建模型的合理性.将所建反应速率方程模型嵌入有限元程序对PBX炸药二维冲击起爆过程进行数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以描述分析受冲击加载造成孔隙率、颗粒尺寸等变化的损伤炸药的冲击起爆过程.     

含能材料在冲击载荷下动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

围绕炸药装药的热点／起爆机制，在Ｐｅｒｚｙｎａ弹粘塑性本构模型的基础上，作了适当的补充和修正，在流动参数γ中计入温度和压力的影响，并考虑到固体炸药的热软化效应，将弹性模量也视为温度的函数，对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。动态有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。本文所采用的本构模型和计算方法对于含能材料在冲击载荷下动态响应的有限元分析以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好的基础     

B 炸药中绝热剪切带形成机理的细观研究

通过对快速加载后Ｃｏｍｐ．药柱剖面的扫描电镜和光学显微镜观察分析，对Ｃｏｍｐ．Ｂ炸药在快速加载下剪切带形成机理的微观机制有了初步的认识。文中采用形变试样的剖面观察分析方法，针对固体药柱这种比较软的材料，如何进行磨样、抛光、浸蚀，作了一些尝试和探索，总结出一套有效的实施办法。对不同加载速率条件下受压缩的药柱中细观组织进行了观察、分析、比较，首次给出国产Ｃｏｍｐ．Ｂ炸药装药的原始细观组织形貌，以及快速加载后药柱中细观组织形貌。经过分析，得到冲击载荷下炸药装药中绝热剪切带形成、发展的定性认识，为分析Ｃｏｍｐ．Ｂ炸药装药受冲击载荷时热点形成机理提供了一些有益的实验依据。     

复合材料构件宏细观跨尺度分析

本文探讨一种适用于复合材料宏细观间跨尺度分析的细观元方法。细观元法在结构的常规有限元内部设置密集细观单元以反映材料细观构造,又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度,再上机计算。此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析,而计算单元与自由度又等同一般常规有限元,为解决具有细观结构新材料与构件跨尺度分析提供一种新的有力工具。本文给出用于宏细观跨尺度分析细观元法的基本原理与算式,并以纤维增强复合材料和功能梯度复合材料为例介绍其工程应用。     

可变形战斗部主辅装药殉爆研究

为确定主辅装药的选型原则,对主装药在两种辅装药滑移爆轰作用下的动态响应过程进行了数值仿真研究,着重考察了辅装药爆轰性能和主辅装药间的隔爆层对冲击波衰减的影响,并结合非均质炸药的冲击起爆临界能量判据,得到传入主装药内的脉冲压力和脉冲持续时间.结果表明,引起主装药殉爆的主要因素是主装药的爆轰感度和辅装药的爆轰压力,隔爆层位置应位于辅装药和外壳体之间.     

可变形战斗部主辅装药殉爆研究

为确定主辅装药的选型原则，对主装药在两种辅装药滑移爆轰作用下的动态响应过程进行了数值仿真研究，着重考察了辅装药爆轰性能和主辅装药间的隔爆层对冲击波衰减的影响，并结合非均质炸药的冲击起爆临界能量判据，得到传人主装药内的脉冲压力和脉冲持续时间。结果表明，引起主装药殉爆的主要因素是主装药的爆轰感度和辅装药的爆轰压力，隔爆层位置应位于辅装药和外壳体之间。     

用电磁粒子速度计实验研究一种TATB基钝感炸药的冲击响应

针对一种新的TATB基钝感炸药(Tx),应用组合式电磁粒子速度计(EMV)测试技术,测量了炸药直接加载、增加有机玻璃隔板以及炸药驱动飞片3种加载状态下炸药内部的粒子速度历程和冲击波轨迹。根据测试结果,分析了不同加载压力下炸药的冲击响应过程。结果表明,炸药直接加载时,加载压力最高,Tx钝感炸药很快达到爆轰状态,到爆轰距离约为1.5mm;在增加有机玻璃隔板、加载压力为14.2GPa时,与直接加载时炸药粒子速度一致,Tx钝感炸药的到爆轰距离明显增加,约为5mm;在炸药驱动飞片、加载压力为9.5GPa时,Tx钝感炸药的粒子速度逐渐降低,存在一定钝化现象,到爆轰距离达到20mm以上。     

FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性

为研究FOX-7和RDX基含铝炸药的冲击起爆特性,对其进行了冲击波感度试验和冲击起爆试验,结合冲击波在铝隔板中的衰减特性,确定了FOX-7和RDX基含铝炸药的临界隔板值和临界起爆压力,并通过锰铜压阻传感器记录了起爆至稳定爆轰过程压力历程的变化。结果表明,以Φ40mm×50mm的JH-14为主发装药时,FOX-7和RDX基含铝炸药临界隔板值分别为37.51和34.51mm,对应的临界起爆压力为10.91和11.94GPa;起爆压力为11.58GPa时,FOX-7炸药的到爆轰距离为25.49~30.46mm,稳定爆轰后的爆轰压力为27.68GPa,爆轰速度为8 063m/s;起爆压力为14.18GPa时,RDX基含铝炸药的到爆轰距离为17.27~23.53mm,稳定爆轰后的爆轰压力为17.16GPa,爆轰速度为6 261m/s。     

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%。     

限定条件下聚黑炸药烤燃试验及热起爆临界温度的数值计算

采用自行设计的烤燃试验装置,以1.0℃/min的升温速率并采用恒温控制技术对聚黑(JH)炸药进行了不同温度下的50min恒温烤燃试验;用FLUENT软件对不同升温速率和装药尺寸的聚黑炸药热起爆临界温度进行了数值计算。结果表明,炸药存在一个热起爆临界温度,炸药置于恒定高温环境中比慢速烤燃更危险,发生反应的环境温度更低,响应更剧烈。随着升温速率的增加,药柱的热起爆临界温度缓慢升高,当升温速率大于10.0℃/min时,热起爆临界温度均为197℃。药柱的长径比相同时,随着药柱尺寸的增加,聚黑炸药的热起爆临界温度逐渐降低,当药柱尺寸增加到一定值时,药柱尺寸对聚黑炸药热起爆临界温度的影响将减弱。     

冲击加载下分步压装装药抗过载响应特性的数值模拟与实验

为研究冲击加载下分步压装装药的响应特性,利用ANSYS/LS-DYNA软件对分步压装含铝炸药大型落锤冲击加载过程进行了数值模拟,得到不同密度分布状态药柱在冲击载荷作用下的应力分布及形变特征。探讨了径向密度差对分步压装装药撞击安全性的影响,并进行了实验验证。结果表明,与传统模压成型药柱不同,冲击加载下分步压装药柱中心区的响应应力大于边缘区,且1/2半径处的炸药微元具有较大的径向流动速率。实验验证结果与模拟结果一致。由于径向密度差的存在,冲击加载下分步压装装药内部应力分布不均,使得炸药颗粒呈现由中心向边缘流动的趋势,进而增加分步压装装药内部"热点"形成的几率。     

新型高能钝感炸药JBO-9X在较高冲击压力下冲击起爆过程的实验研究

采用高速扫描相机和楔形炸药构型,对新型高能钝感炸药JBO-9X的冲击起爆过程进行了实验研究;采用LS-DYNA软件对实验结果进行了数值模拟验证。结果表明,在6.9GPa的入射冲击压力下,JBO-9X炸药的冲击转爆轰时间为1.5μs,冲击到爆轰的距离为7.9mm;当冲击波刚进入炸药时,炸药发生化学反应的比例(λ)为0.2,随着冲击波进入炸药的距离增加,受试炸药中发生化学反应的比例逐步增加。在实验条件下,入射冲击波压力为6.85GPa时,JBO-9X炸药的冲击到爆轰距离为8.0mm。化学反应比例随冲击波进入炸药距离的增长曲线与实验基本相同。     

破片冲击起爆屏蔽B炸药比动能阈值研究

为了研究破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值,采用六棱柱和圆柱钨合金破片冲击带有40Cr炸药盒的B炸药,并测量了B炸药的速度阈值。根据比动能的计算方法,得到破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值范围。运用Autodyn-3D软件和点火增长Lee-Tarver模型,计算了两种破片在垂直侵彻和最大迎风面积两种状态下的比动能阈值,重点研究了最大迎风面积状态下破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值随长径比的变化规律。结果表明,六棱柱破片的比动能阈值低于圆柱破片;随着长径比的增加,破片冲击起爆屏蔽B炸药的比动能阈值先增加后减小。     

带壳B炸药在钨珠撞击下冲击起爆的数值模拟

基于L ee-T arver点火增长模型,对直径分别为9、14、18和25mm的钨珠撞击带钽壳B炸药的过程进行了数值模拟,计算出了引爆B炸药的阈值速度,计算值与试验值相符合。探讨了B炸药在钨珠撞击下的起爆机理,结果表明,随着钨珠尺寸的增大,引爆B炸药的钨珠撞击阈值速度呈指数规律减小;当钨珠以引爆阈值速度撞击炸药时,随着钨珠直径的增大,炸药发生爆轰的时间逐渐推后,爆轰增长速度逐渐变慢。从钨珠撞击引爆炸药的机制来说,炸药点火是压力波的峰值压力和持续时间共同作用的结果,峰值较低的压力波作用较长时间也可以引爆炸药。     

非相似圆筒内爆膨胀模型设计及试验验证

为了探索既能延长爆轰产物有效膨胀时间、又可避免大幅增加试验药量的圆筒试验方法,以满足释能时间较长的含铝炸药的试验需求,针对仅增加壁厚的非相似圆筒结构,分析其在内爆条件下的膨胀过程,优化了炸药格尼能计算模型,并通过3个不同壁厚且均装填TNT炸药的圆筒试样的内爆加载试验验证了试验可行性及计算模型的准确性。结果表明,内径Φ50mm、壁厚10mm、长度700mm的非相似圆筒结构,其破裂前的最大位移较Φ50mm标准圆筒未显著提升,但可使爆轰产物的有效膨胀时间提升42%,而装药量仅增加40%;且在经典格尼模型基础上增加爆轰产物沿圆筒轴向的运动、圆筒变形能两个因素后,该圆筒的爆轰能量数据与标准圆筒较为吻合,反映出优化后的分析模型可以准确地评估该非相似圆筒中的炸药驱动性能。     

基于修正SPH方法的爆轰波绕射传播的数值模拟

为研究内置金属球体的球壳装药在一点起爆情况下的非理想爆轰波的传播行为,基于修正的光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行绕射爆轰波传播的数值模拟,并应用一种工程上简便的近似计算方法对该球壳装药模型的爆轰波传播时间进行计算.结果表明,数值模拟的特征爆轰时间与理论计算结果非常吻合,验证了修正SPH方法在爆炸数值模拟领域的可行性.     

炸药非理想爆轰能量释放与能量利用的关系

通过对C-J模型条件下多方状态方程的修正,得到炸药非理想爆轰过程的p-υ关系.通过典型炸药算例,讨论了在不同释能速率快慢指数(n)和释能(q)条件下,非理想爆轰膨胀功(W)的相对能量利用趋势,得出W-q与W-n的关系曲线,可为高能常规毁伤技术和战斗部设计中装药非理想爆轰的能量利用效率优化提供理论依据.     

高频空化冲击作用下HTPB固体推进剂的细观损伤机制

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂;固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314;应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变;空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。