PBX-9502炸药爆轰约束三明治试验的数值模拟研究

利用形式简单单项爆轰反应速率模型对PBX-9502炸药爆轰约束三明治试验进行了数值模拟,模拟结果与Alsam等人爆轰约束三明治试验及相应爆轰冲击动力学(DSD)分析结果的比较表明,该单项爆轰反应速率模型可以用来准确地模拟爆轰约束三明治实验.在结构一定情况下,爆轰波阵面的曲率半径与约束材料有关.     

气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究

为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性,使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体（简称气液）两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态,研究了进气总压和当量比对两相连续旋转爆轰波的影响,分析了不同模态下连续旋转爆轰发动机的工作特性,并对数值模拟结果进行了试验验证。结果表明：液滴的蒸发和剥离过程,延缓了液滴燃料的燃烧,导致了两相爆轰压力和温度的不完全耦合,降低了两相爆轰波的传播速度;当量比对连续旋转爆轰波的传播模态影响较大,当量比越低、越容易形成单波模态,当量比越高、越容易产生多个波头;单波模态的爆轰波压力和传播速度波动最小,双波模态居中,三波模态波动最大;发动机推力波动规律与压力波动规律相反,单波模态推力波动最大,双波次之,三波模态推力波动最小;计算所得旋转爆轰波波速与试验结果吻合较好,旋转爆轰波流场与实验研究定性一致。数值研究方法发展了非结构化CE/SE算法,研究结果对气液两相连续旋转爆轰发动机的试验研究和工程应用具有一定的指导意义。     

基于预爆轰点火方式的连续旋转爆轰发动机起爆过程分析

为深入了解预爆轰式连续旋转爆轰发动机点火起爆机理,基于连续旋转爆轰发动机试验平台进行了一系列预爆轰管点火试验和连续旋转爆轰发动机点火起爆试验研究,基于OpenFOAM开展了预爆轰管内初始爆轰波进入发动机环形燃烧室传播过程的数值模拟研究.结果表明:试验研究中,初始爆轰波进入环形燃烧室后波峰压力值迅速降低,爆轰波膨胀解耦并...     

高落速云雾爆轰的数值模拟

为了研究落速1000 m·s^-1条件下的燃料分散和爆轰过程,建立了燃料分散爆轰的计算仿真模型,以静态燃料分散及云雾爆轰实验结果作为数值方法进行了验证,分析了2 kg环氧丙烷燃料在高落速条件下分散爆轰的温度、压力随时间变化规律。结果发现：落速1000 m·s^-1条件下,数值模拟得到了云雾形态、浓度场随时间和空间的分布规律,云雾形态大致呈扇形,浓度随距离增加逐渐降低,最终达到稳定分布,云雾径向半径可达2.24 m,同时得到云雾爆轰过程及爆轰压力场、温度场的影响规律,起爆后形成弧形波阵面向外扩散且温度压力不断衰减。数值模拟结果与实验相吻合,为高落速云爆武器系统的安全设计提供了新途径。     

带管道连接的空间中悬浮铝粉尘爆轰波传播数值模拟

为研究悬浮铝粉尘爆轰及效应的问题,采用两相流模型数值研究了铝粉尘与空气当量比为1时,浓度0.304 kg·m~(-3),铝颗粒半径为2.0μm,悬浮铝粉尘爆轰波在通过管道连接的空间内的发展传播过程,用数值模拟得到了爆轰波的点火起爆及爆轰波传播、反射和绕射过程的压力、温度分布。结果表明,在模拟区域左侧的密闭空间中,爆轰波与壁面产生反射形成6.5 MPa局部高压区,而爆轰波与两壁产生的反射波的相互作用会形成18 MPa的局部高压区。爆轰波能通过绕射传播进入管道内,并在接近管道出口处速度能到达1571 m·s~(-1),压力能达到2.85 MPa,接近稳定传播状态。爆轰波通过绕射传播进入右侧空间中,在管道出口处绕射形成对称低压低密度区域,爆轰波压力和爆速下降,在右侧空间内继续传播。计算区域内的爆轰波后大部分区域温度保持在3400 K以上。     

覆水铅索破障威力增强的机理研究

为研究空气中裸露铅索和覆水铅索对双层中空钢化玻璃的破障威力,设计了采用8号电雷管端点起爆装药及双层中空玻璃试验装置,建立了铅索爆炸爆轰产物对双层中空玻璃作用的模型,采用拉格朗日算法分别计算了裸露药包与覆水药包的爆轰情况.理论分析与试验结果表明,覆水铅索破除双层中空钢化玻璃时2层玻璃的破坏分别由爆轰波压力、爆轰产物压力引起.数值模拟结果进一步验证了覆水药包的爆轰气体压力下降慢,破障威力获得显著增强.     

基于CE/SE方法的铝粉尘爆轰二维两相数值计算

建立了铝粉-空气管内爆轰的二维两相模型.根据守恒元-求解元的思想,构造了铝粉燃烧转爆轰过程的数值计算格式.采用此格式研究了铝粉尘爆轰管内流场,分析了爆轰管内径向与轴向的压力效应、温度以及颗粒相粒径和气相组份的变化.讨论了铝粉/空气燃烧波在爆轰管内碰撞、反射对转爆轰过程的影响.结果表明,爆轰管内火焰阵面和压力阵面能很好地耦合,爆轰管内铝粉和空气能够形成自持传播的爆轰波.本文的数值计算结果对铝粉尘爆轰研究具有理论指导意义.     

破片冲击引爆带盖板装药的数值模拟方法研究

为了分析炸药起爆数值模拟中材料模型、计算方法及网格的疏密等因素对计算结果和精度的影响,应用非线性动力学分析程序LS-DYNA3D对圆柱形平头钢破片撞击带盖板装药的引爆过程进行了数值模拟,分析了John-son-Cook和弹塑性硬化2种材料模型,Lagrange、ALE和流固耦合3种算法和不同疏密程度的网格对炸药起爆过程、引爆速度闻值和爆轰峰值压力的影响.给出了冲击起爆数值计算的网格划分原则和材料模型的选取建议.结果表明,弹塑性硬化模型计算的速度阈值更接近于试验值,压力峰值也接近于C-J爆轰压力;算法不同对计算速度阈值影响较小,对压力峰值影响较大;网格划分对计算结果精度及计算时间影响较大.     

基于Mushroom试验的炸药爆轰反应速率方程参数校验

为了更准确的校验炸药爆轰反应速率方程参数,以HMX/TATB混合炸药PBX-1为研究对象,采用Mushroom试验方法,研究了炸药在不同传爆直径下的拐角传爆特性,并采用LS-DYNA程序利用拉式试验标定的三项式点火增长模型参数对Mushroom试验进行了数值模拟,通过观察爆轰波的成长和传播历程以及拐角参量的对比,校验已标定反应速率模型参数的准确性.对比试验结果和数值模拟结果发现,Mushroom试验可以反映出爆轰波沿不同方向上爆轰成长过程的差异,进而证明了通过Mushroom试验校验炸药的反应速率模型参数是可行的.     

点火能量对两相爆轰波形成影响的数值研究

针对液态辛烷/空气两相混合物燃烧波在一维封闭空间内传播时爆燃向爆轰转变(DDT)的问题,运用化学反应流动基本理论、颗粒轨道模型和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立了对该现象的数学表达,并开发了数值模拟程序CTPD,其中气体动力学方程采用显式差分格式,化学反应项使用二阶精度的Adams方法.通过数值模拟研究了液态燃料爆轰波的基本特性,以及点火能量及初始温度对于爆轰波结构与发展的影响.研究发现,点火能量及初始温度的提高显著促进了爆轰的转变,爆轰强度随着点火能量的提高而增大,随着初始温度的提高而减小.研究中计算结果与实验波形符合良好,说明本研究为包括DDT现象在内的脉冲爆轰发动机工作过程提供了一种可行的计算方法.     

舱室密闭空间中爆炸载荷后燃烧效应数值计算研究

为准确分析梯恩梯炸药在密闭空间中的爆炸载荷,在统一设施标准模型和基于能量守恒的简化计算公式基础上,提出了一种计算爆炸产物后燃烧能量的方法。该方法应用到基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN平台的数值模拟中,实现负氧平衡炸药在密闭空间中爆炸过程的数值仿真计算。计算结果与试验测试结果表明：梯恩梯炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的后燃烧效应不可忽视;不考虑爆炸产物的后燃烧效应,数值计算得到的准静态压力较试验值低55%以上,50 ms内冲量较试验值低49%以上;将爆轰产物的后燃烧能量计入后,爆炸压力及冲量时程的计算值与试验值吻合较好,为结构受爆炸载荷响应分析提供了准确的输入载荷。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型.将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献[6]经验公式及文献[17]试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程.利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿...     

云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。     

考虑后燃烧效应的TNT空气中爆炸的数值模拟

采用AUTODYN软件对TNT在空气中爆炸进行了数值计算,在计算模型中考虑了负氧平衡炸药的后燃烧效应,并将峰值超压、比冲量、正压作用时间计算结果与相似律公式计算值以及Baker测试数据进行了对比,指出Brode公式计算出的炸药附近空气冲击波峰值超压明显偏大,可能是将爆轰产物造成的峰值超压误认为空气冲击波峰值超压所致.     

弹药洞库内部防殉爆隔爆设计与数值模拟

基于我军现有弹药洞库的结构特点,以某典型弹药洞库为原型,对其内部进行了防殉爆隔爆防护设计,并运用数值计算分析了隔爆防护的隔爆效能。研究表明,所采用复合隔爆装置可以使弹药堆垛上所遭受的峰值压力、振动速度和最大加速度都得到极大降低;在弹药洞库内部实施防殉爆隔爆设计,可以极大地衰减爆炸冲击波峰值压力,减小冲击波对弹药垛的毁伤作用,降低弹药洞库内贮存弹药的殉爆概率,防止库存弹药发生整体殉爆,最大限度地减小发生爆炸时的损失。     

一种油气井用双向传爆管极限传爆距离

为评估油气井用双向传爆管在空气中的极限传爆距离(即在置信水平0.95下,可靠度为0.999的最大传爆距离),采用火工品常用的感度试验用数理统计方法——升降法,对双向传爆管进行传爆实验。用LS-DYNA软件进行了双向传爆管的传爆机理和爆炸过程的数值模拟。结果表明,在空气中,在0.95置信水平下,可靠度为0.999的双向传爆管的最大传爆距离为82.8 mm。数值模拟结果在一定程度上支持82.8 mm左右的实验结果。     

次生冲击波超压的实验研究和数值模拟

随着武器科技的发展,冲击波对掩体内部人员的伤害已经不能忽略。利用自行设计的爆炸实验研究了泡沫铝作为底板材料对爆炸冲击波在结构后产生的次生冲击波超压的衰减,并利用LS-DYNA模拟实验结果。通过数值模拟还研究了泡沫铝的排序结构对其防爆震效果产生的影响。     

工业雷管输出压力测试及数值模拟研究

为定量评价工业雷管的输出威力,采用实验测试和数值模拟相结合的方法,得到了某型雷管的爆压。针对在测试过程中出现的信号干扰问题,对测试系统进行了改进,获得了较清晰的测试结果曲线。此外,通过AUTODYN软件的JWL状态方程来描述雷管底部装药的爆轰过程,将得到的输出压力值与试验值进行了比较。结果表明:数值模拟结果与试验值偏差为3.51%,说明数值模拟方法可用于工业雷管爆轰成长过程研究。     

基于完全变光滑长度SPH方法的高能炸药爆轰过程数值试验

传统的网格方法在模拟高能炸药(HE)爆炸问题时常会出现网格扭曲等问题,光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics)方法是一种无网格纯Lagrangian粒子方法,非常适合求解这类问题.本文应用作者提出的完全变光滑长度SPH方法,修正了传统SPH法中由于变光滑长度效应所造成的计算误差,其在模拟密度等物理参量变化梯度剧烈的问题时比传统SPH法具有更高精度和稳定性; 针对一维TNT板条爆轰过程和三维TNT聚能装药的爆轰过程两个算例进行了数值试验,并与已有的传统SPH法数值模拟结果及理论解进行了对比.结果表明,算例一说明该方法较传统SPH法在模拟此类问题时具有更高精度,比传统方法计算的CJ参数更接近理论值,验证了该方法在爆轰过程模拟的有效性; 算例二说明该方法成功地进行了三维TNT聚能装药的爆轰过程数值试验,获得了爆轰产物气流的传播特性和喷射规律并符合爆炸理论.     

含铝炸药爆炸能量预估

为了预估含铝炸药爆炸能量,分析了非理想爆轰能量预测模型,利用matlab软件、迭代计算方法、平衡常数方法和数值逼近原理编制了数值计算软件。利用本软件计算了常用含铝炸药H-6、HBX-1、Alex 20、Alex 32、Tritonal及Torpex的C-J爆压、C-J爆速等相关参数,与已有实验值吻合较好。计算结果表明,利用本软件所计算的爆温和爆热结果与以往经验公式计算结果吻合较好,爆热的相对误差小于8%,故适合于含铝炸药的能量预测。