炸药冲击波参数数值计算程序研制已取得成功

炸药冲击波参数包括冲击波到达时间、正压区持续作用时间、超压、反射超压、冲量和反射冲量六个参数。由于超压和冲量值是评定榴弹等武器杀伤破坏效应大小的重要判断依据,但这些参数目前尚不能完全直接测量。因此采用电子计算机技术预示上述诸参数,无论在理论上和实际上都是十分有意义的。目前国外已进行过广泛的研究,但国内的研究比较薄弱,而国外纯粹用一维拉格朗日流     

TNT、PBX和Hexel空中爆炸冲击波参数的实验研究

利用空中爆炸测试系统,对相同质量不同密度不同装药的TNT、PBX和Hexel进行了空中爆炸参数测试。比较了3种炸药在相同测点处的冲击波峰值超压和冲量的大小。研究了冲击波峰值超压和冲量与比例距离的关系。结果显示,TNT的冲击波峰值超压和冲量明显低于PBX和Hexel;在比例距离（1．8～4．9）m／kg^1/3。范围内,Hexel的冲击波峰值超压和冲量高于PBX。当比例距离为6．1m／kg^1/3时,Hexel的冲击波峰值超压和冲量与PBX相当。     

燃料空气炸药爆炸场参数的试验研究

进行了燃料空气炸药装置的静爆试验，获得了地面超压、作用时间及冲量的实测数据，分析得到了各自的拟合公式。研究结果表明，FAE爆炸场可划分为云雾区、边缘区和冲击波作用区，其中云雾区和边缘区是强毁伤区；在云雾区，超压和冲量波动平缓，保持高超压和大冲量特征，正压作用时间在1．18～1．27ms小幅波动；在云雾区外，超压和冲量呈衰减趋势，其中冲击波作用区较边缘区衰减缓慢，正压作用时间呈增长趋势，尤以边缘区增长更为迅速。     

负压条件下球形爆炸容器内乳化炸药冲击波参数研究

为了探究负压条件下乳化炸药冲击波参数，在4m直径可调真空度球形爆炸容器内，开展不同负压和不同药量条件下的乳化炸药内爆实验，获得冲击波的超压时程曲线，重新拟合了乳化炸药在不同负压环境下的峰值超压公式和正压冲量公式。结果表明，乳化炸药质量每减少50g,峰值超压平均下降27%;环境压力每降低20kPa,峰值超压平均下降8.66%;乳化炸药在不同负压环境下的正压冲量约为单质炸药的81.3%;负压条件下的乳化炸药峰值超压和正压冲量实验值与传统经验公式相比误差均大于10%,而基于常压实验值拟合的公式与不同工况下的实验值误差均小于4%,能够精确预测不同负压环境下乳化炸药的冲击波参数。     

炸药爆炸能量的水中测试与分析

介绍了炸药爆炸能量的水中测试方法,对TNT和3种新设计的含铝炸药进行了水中爆炸的实验研究,比较了各炸药的爆炸性能.结果表明,发现冲击波峰值超压、冲量和冲击波能流密度等参数较好地符合爆炸相似律,得到了新配方各参数的爆炸相似律系数.计算了炸药的冲击波能和气泡能,并提出了计算爆炸总能量的方法.把实验测得的炸药的总能量与KHTR程序计算的爆热进行对比,二者符合得较好,说明了KHTR程序可用.     

小药量新型燃料空气炸药爆炸效应的实验研究

讨论一次引爆FAE燃料配方，实验测定了空气冲击波超压和冲量随距离的变化曲线，实验结果表明，固态敏化燃料中加入一定比例的金属粉，可以相应提高冲击波超压和冲量，增加FAE的爆炸威力。     

TNT爆炸的数值计算及其影响因素

应用LS-DYNA有限元程序建立了模拟TNT爆炸的数值计算模型并进行了空爆冲击波超压等数值计算。通过数值计算结果与经验公式和试验数据的对比分析,验证了计算模型和参数取值的可信性。基于数值计算结果,分析了炸药材料参数、TNT药量、单元网格密度、建模方式、空气域形状和炸药形状等参数变化对爆炸冲击波超压的影响。结果表明,与试验结果相比,数值计算结果可以作为爆炸冲击波超压的下限值,而Henrych公式、Sadovskyi公式和GB6722-2003公式给出的是超压的中位和下位值;炸药材料参数的取值、单元网格密度和炸药形状对数值模拟结果的影响与比例距离相关,比例距离小于2.0时,不能忽视其影响;冲击波超压会随TNT药量的增加而小幅度增加,但建模方式和空气域形状对数值计算结果的影响可以忽略不计。     

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。     

炸药空中与水中爆炸冲击波超压的换算关系

通过经验公式分析及模拟实验研究,对炸药装药空中与水中爆炸产生的冲击波超压换算关系进行了研究.结果表明,当比例距离r=R/W1/3的取值范围在1.5～2.5时,炸药装药空中与水中爆炸冲击波超压有定量的换算关系,并拟合出确定的换算公式.通过理论和经验数据分析,得出其他装药水中冲击波超压TNT当量的换算方法,冲击波参数TNT当量应根据炸药水中爆炸的冲击波能进行换算.通过对比证明,根据冲击波参数TNT当量修正后的经验公式计算结果精度可以满足工程设计使用.     

负压环境对炸药爆炸冲击波影响的实验研究

为了研究负压环境对炸药爆炸冲击波的影响,在自制可调真空度爆炸容器中进行负压爆炸实验,采用PCB压力传感器测量罐体轴线固定位置点的冲击波超压,分析了在0、-20、-40、-60、-80、-90、-99kPa等不同负压环境下罐体内测点爆炸冲击波反射超压时程曲线。结果表明,爆炸环境负压降低,测点一次、二次冲击波峰值超压随之降低,在-40kPa和-99kPa负压环境下超压降低显著;爆炸冲击波速度大小与传播介质密度相关,即环境负压越低,气体越稀薄,冲击波传播速度越快;爆炸冲击波速度随环境负压降低而升高,与超压降低强度无相关性;负压环境不改变容器内实验雷管爆炸的气体产物生成量;在近似真空环境中,爆炸冲击波主要以爆轰产物为传播介质,冲击波速度提高受限于爆轰产物运动速度,强度弱,衰减迅速。     

铝粉含量对梯铝炸药爆压和冲击波参数的影响

测试了以TNT为基不同含量含铝炸药的爆压和空中爆炸冲击波参数,通过分析铝粉对炸药爆压、空中爆炸参数和爆炸冲击波超压的影响,建立了爆压与铝氧比的关系曲线、5种TNT基含铝炸药的冲击波相似律方程和TNT/Al炸药的爆压与空中爆炸冲击波超压的关系式.结果表明,随着铝粉含量的增加,炸药的爆压呈指数衰减,近距离的冲击波超压也快速减小,但爆炸场温度和爆炸火球的直径及持续时间会增大.     

含金属-氟聚物包覆层装药的内爆性能试验研究

为研究金属-氟聚物包覆下装药在密闭空间内的爆炸释能特性,制备了金属-氟聚物与装药质量比(η)分别为0、0.30、0.63的3种试样,并在爆炸罐中开展了静爆试验,对比了3种试样爆炸后的冲击波超压、比冲量、温度与准静态压力。结果表明,金属-氟聚物包覆层显著降低了装药爆炸后的冲击波超压峰值及比冲量,但其下降规律与含惰性包覆层的装药类似,说明金属-氟聚物包覆层的二次反应对冲击波超压及比冲量没有明显贡献;而包覆层能有效提高装药爆炸后罐内的气体温度和准静态压力,当金属-氟聚物与装药的质量比为0.30和0.63时,爆炸后罐体内气体的最高温升幅度达到291K和422K,相比裸装药的254K分别提升14%和66%,而准静态压力峰值分别为0.105MPa和0.131MPa,相比裸装药的0.095MPa分别提升了10%和38%,表明η为0.63时,更能促进装药反应程度的增加。     

聚脲涂覆钢板复合结构抗爆性能研究

为了研究聚脲涂覆钢板复合结构的抗爆性能，对其进行了不同涂层厚度和不同炸药量的爆炸加载试验。利用三维激光扫描仪对聚脲涂覆钢板复合结构试验前后的形貌进行扫描，得到复合结构的中心挠度变化特征；运用DH5960超动态应变仪对复合结构的应变以及冲击波超压特点进行分析，得到应变和冲击波比冲量随聚脲涂层厚度的变化规律。研究结果表明：在等厚度钢板、180 gTNT当量爆炸荷载下，聚脲涂层厚度在0～2.76 mm范围内增加时，挠度呈线性减小，应变峰值先增大后减小，靶后冲击波超压峰值先减小后增大，冲击波比冲量先增大后减小，并在涂层厚度为1.70 mm时达到最大值。因此选择合适的聚脲涂层厚度能有效提高复合结构的抗爆性能。     

高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波特性

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律;建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压;海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%;随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%;随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%;不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似;高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。     

炸药爆轰参数与空中爆炸冲击波超压的关系

为研究炸药爆轰参数与空中爆炸冲击波超压之间的关系,设计了不同铝含量的RDX/Al、HMX/Al混合炸药,并进行了空中爆炸试验。根据爆炸相似理论,用相同条件下实测TNT超压数据,计算了冲击波超压的TNT当量。采用不同方法计算了炸药的爆轰参数。结果表明,炸药空中爆炸冲击波超压与爆热、爆容和爆速乘积TNT当量的1/3次方满足线性关系,且回归线在y轴上的截距为0,斜率与炸药的类型有关。对于TNT,斜率为1;对于RDX/Al混合炸药,斜率为1.053(R2=0.9996);对HMX/Al混合炸药,斜率为1.073(R2=0.9995),表明炸药的爆热、爆速和爆容对空中爆炸冲击波超压的影响相同。     

爆炸冲击波作用下化工设备易损性研究评述

爆炸冲击波是导致化工园区多米诺效应事故升级的重要原因之一。在文献分析的基础上，本文从爆炸冲击波强度表征、化工设备破坏失效的动力响应、破坏失效概率计算方法、易损性分析等4个方面，指出目前爆炸冲击波作用下化工设备易损性研究存在的不足，进而提出了进一步研究方向，包括不同爆炸类型的超压时程曲线特征与能量频谱规律研究、空间分布参数模型或集中参数模型的定量研究、基于结构可靠性的破坏失效概率计算方法、爆炸冲击波强度参数与设备抗性参数的易损性分析等，在此基础上系统性建立了爆炸冲击波作用下化工设备易损性研究的流程图，指出集中参数的可靠性方法与随机有限元法是爆炸冲击波作用下化工设备易损性研究的关键性方向，为提高爆炸冲击波多米诺效应定量风险评估的可靠度与精确度提供参考。     

坑道截面形状对化爆冲击波传播规律的影响程度分析

为了弄清坑道截面形状对化爆冲击波传播规律的影响,采用LS—DYNA动力有限元软件对不同形状坑道内化爆冲击波的传播过程进行数值模拟和对比分析．研究表明：采用合理的有限元模型可以有效地模拟坑道中化爆冲击波的传播过程;化爆冲击波在不同截面形状坑道内的衰减规律基本一致,但冲击波超压峰值有显著差异;圆形坑道内化爆冲击波超压峰值最低,是直墙圆拱形坑道内的60％左右,正方形坑道内超压峰值最高,是直墙圆拱形坑道内的300％左右;工程设计时,必须考虑坑道截面形状对冲击波的影响,宜尽量采用圆形坑道．     

超压测试方法对炸药TNT当量计算结果的影响

用地面和空中冲击波超压测试系统测定了TNT和B炸药爆炸的马赫反射波超压和入射冲击波超压,计算得到不同测试条件下TNT爆炸冲击波超压的经验公式和B炸药的TNT当量。结果表明,马赫反射波超压大于入射冲击波超压,马赫反射波超压与入射冲击波超压比值随实验中对比距离的增加而增加。由马赫反射波超压和入射冲击波超压计算得到的B炸药TNT当量比分别为1.40和1.32。认为以空中入射冲击波超压测试结果计算得到的TNT当量更真实。     

装药埋深对地表空气冲击波影响的试验研究

为研究土壤中装药埋深对地表空气冲击波传播规律的影响，开展了5kg TNT的触地爆炸试验以及埋深分别为0.108、0.228、0.85m的爆炸试验，获得了多个比例距离处的冲击波峰值压力、冲量以及正压作用时间数据，分析了埋深对冲击波传播特性的影响。结果表明，冲击波峰值压力和冲量随着埋深的增加而减小，随着爆距的增大而减小；触地爆炸比例距离为4的测点处其峰值压力是比例距离为1处的3.24%,埋深为0.108m的爆炸试验比例距离为4处的测点其峰值压力是比例距离为1处的25.02%;埋深为0.108m时，比例距离为1处的峰值压力和冲量分别是触地爆炸对应值的8.7%和20.4%;并对两种工况的正压作用时间进行了分析，触地爆炸的正压作用时间随爆心距增加呈指数增加，埋深为0.85m的爆炸试验其正压作用时间呈对数增加。通过对试验数据的进一步分析，建立了冲击波峰值压力、冲量与埋深、比例距离的工程计算模型，可用于浅埋爆炸时弹药威力评价与毁伤效能预估。     

AP对炸药空中爆炸参数的影响

为研究AP对炸药空中爆炸性能的影响,在RDX和HMX基混合炸药和含铝炸药中添加AP,并进行了空中爆炸性能试验.从冲击波超压、爆炸火球的最大半径及火球持续时间、爆炸场温度等方面分析了AP对炸药空中爆炸性能的影响.结果表明,AP对空中爆炸冲击波超压的影响与主炸药的种类有关,加入AP后,混合炸药的冲击波超压降低,含铝炸药的冲击波超压增大;随着AP含量的增加,最大火球半径和火球持续时间及爆炸场温度都减小.