固体推进剂冲击起爆及其反应区本构方程的整体标定研究

实验研究了压阻计对推进剂化学反应区流场的影响,在提高实验精度的前提下测得了改性双基推进剂冲击波起爆过程中的压力变化,利用拉氏分析技术得到了反应过程中的质点速度、反应度变化历史。在反应区整体标定的基础上,提出了改性双基推进剂的化学反应速率方程并进行了系数标定,同时对改性双基推进剂的一维起爆过程进行了数值模拟。     

准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应特性实验研究

为了探寻在准等熵加载下炸药的起爆响应特性和爆轰成长规律问题,利用磁驱动加载设备CQ-4装置和多路光子多普勒测速技术PDV,建立了炸药1维准等熵加载起爆响应试验测试系统.在1次准等熵加载下获得5个不同厚度的高聚物粘结炸药PBXC03响应背面粒子速度时间历史,得到炸药准等熵加载起爆爆轰成长特性.实验结果表明,获取的各个厚度炸药样品背面的粒子速度波形干净,细节清楚.准等熵加载进入炸药后,在传播的过程中首先由于波的追赶作用而形成前导冲击波.而且,准等熵加载下起爆机制与冲击起爆机制存在明显的差异,准等熵加载在较强冲击波形成前,热点形成较少,炸药几乎不发生反应;形成较强冲击波后,炸药响应表现为由热点机制主导的冲击起爆爆轰成长特性.      

未反应PBXC10炸药冲击Hugoniot关系的实验研究

为了获得标定未反应PBXC10炸药(Jones-Wilkins-Lee)JWL状态方程参数的基础数据,提出了一种获得未反应炸药冲击Hugoniot关系的方法,即基于冲击起爆实验测得的PBXC10炸药中不同拉格朗日位置的压力历史,假设冲击波前沿炸药未发生化学反应,并利用冲击波阵面前后的动量守恒关系,获得未反应PBXC10炸药的冲击Hugoniot关系. 将该冲击Hugoniot关系外推到爆速,得到PBXC10炸药的冯诺依曼峰值压力,发现该峰值压力与PBXC10炸药的CJ (Chapman-Jouguet) 压力之比在合理范围内.     

硅炸药内双爆轰波相互作用的实验研究

利用高速摄影和拉氏量计法对硅炸药内双爆轰波的作用过程进行了研究,获得了爆轰波相互作用过程中波阵面形状变化及流场压力细节。     

基于初始压力间断的冲击波模拟方法

冲击波是引起结构破坏的首要因素,抗爆结构性能分析通常有两种方法,一是把冲击波以压力函数的形式直接加于结构上;二是通过分别建立炸药与空气的网格模拟得到冲击波,然后将冲击波荷载以节点速度或加速度的形式耦合到结构结点上进行计算.前一种方法基于许多假定,不够真实,而爆炸模拟存在的问题较多,主要是炸药网格单元较小,由此考虑炸药单元与空气或结构单元网格的协调性会导致单元较多,计算量较大,峰值压力和作用时间的可调整范围有限.为解决上述问题提出用初始压力间断的原理直接生成冲击波的方法,并对决定冲击波峰值压力和作用时间的因素进行了分析.     

改性双基推进剂冲击波响应过程的研究

研究了改性双基推进剂冲击波响应过程,其中包括冲击波起爆、爆轰、冲击波成长及化学反应等,并与高能炸药进行了比较。结果表明,改性双基推进剂具有与非均质炸药相似的冲击波起爆、爆轰及冲击波成长过程;临界起爆压力为1.1 GPa具有较大的危险性。     

坑道口部温压炸药爆炸热效应与冲击波传播规律实验研究

为研究坑道约束作用对于温压炸药爆炸释能过程的影响规律,基于典型长直坑道开展了口外、堵口和口内3种爆炸模式的温压炸药爆炸实验研究。结合多种测试技术对爆炸热效应特征参数以及冲击波压力进行了研究,分析了火球尺寸、辐射亮度、温度变化趋势等热效应参数,阐明了冲击波波形演化过程、冲击波超压峰值、正相作用时间和冲击波比冲量等特征参数的变化规律。研究结果表明,在近坑道口爆炸时,温压炸药中铝粉的后燃反应强度会随着约束增强而不断增强,形成的火球高温范围更广,冲击波强度更高。在形成稳定波形后,口内爆炸正压作用时间为口外爆炸的1.43～1.57倍,冲击波超压峰值当量相当于口外爆炸的2倍。     

一次起爆固态FAE爆炸冲击波传播规律的实验研究

野外进行了小药量无约束空间FAE装置一次起爆的实验研究,利用彩色高速摄影对爆炸过程进行了全记录,其提供的照片清楚的拍到了冲击波的扩展以及冲击波与爆炸火球的分离过程。通过分析照片得出了一次起爆固态FAE的冲击波传播规律:当中心药起爆时,由于爆炸产物具有极高的压力,迅速向外膨胀,膨胀着的爆炸产物就像活塞一样,推挤着周围的空气,形成空气冲击波。空气冲击波很快掠过燃料,将燃料抛撒的同时点火,爆炸产物进一步扩散,当爆炸产物和冲击波一起扩展到某一极限半径后,爆炸冲击波与火球界面分离,冲击波以大于火球扩展速度的速度向外运动,随着空气冲击波的传播,正压区不断拉宽,波阵面上的压力、速度等参数下降较快,最后衰减为声波。     

冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性仿真研究

在实验室条件下进行管道内冲击波瓦斯爆炸过程模拟试验,通过模型仿真及分析,研究冲击波引起瓦斯爆炸的动力学特性。结果表明,冲击波速度和压力均经历了一个相似的变化过程,相同的瓦斯浓度范围,燃烧引起爆炸后的有关数据变化较冲击波引起爆炸后的数据变化小;管道长径比的增大,增大了冲击波的传播速度和瓦斯积聚区的压力、速度及温度值,使瓦斯积聚区的反应强度更高,更易于演变成爆炸;初始面上的变化,温度升高与燃烧速率为互长互消的关系,冲击波压力与燃烧速率为激励效应的关系;初始面之后的变化,瓦斯爆炸波传播呈渐强趋势。     

水下爆炸冲击过程三维数值模拟

为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

装药长径比对坑道中冲击波峰值压力影响的试验

现代精确制导武器的装药呈细长化的发展趋势.为获得现代武器装药长径比对坑道中冲击波峰值压力的影响规律,共进行了11次比例模型坑道爆炸试验.模型坑道长10.0 m,由钢筋混凝土拱单元组成,单元截面积为0.67 m2;TNT炸药在坑口外爆炸,装药量范围为 1.0～4.6 kg.用压力传感器记录了坑道中的冲击波波形,由实测数据得到了不同装药长径比情况下坑道中冲击波峰值压力的分布,分析了装药长径比对坑道中冲击波峰值压力的影响规律.     

小隔板试验的数值模拟研究

根据拉氏分析方法确定的铸装TNT(ρ=1.587g.cm-3)状态方程与反应速率方程参数(未反应炸药和已反应产物的状态方程都采用JWL状态方程),用有限元程序LSDYAN进行数值模拟,得到了与实验结果比较一致的结果.验证了拉氏分析方法在数值模拟和实验中的桥梁作用.     

钕铁硼强磁性材料的冲击加载实验和数值模拟研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的动态力学性能,建立了炸药爆炸平面波冲击加载实验装置,进行了冲击加载实验.采用锰铜压阻测压技术测量了磁体中冲击波压力,获得了不同强度冲击波加载作用下磁体中冲击波压力.建立了Nd2Fe14B磁体冲击加载实验的计算模型,对炸药爆炸冲击加载磁体过程进行了数值模拟计算,计算结果与实验结果相吻合.分析了Nd2Fe14B磁体中冲击波传播规律,给出了Nd2Fe14B磁体中冲击波压力按指数规律衰减的计算公式.     

炸药冲击波激励惰性气体闪光强度测定

目的　研究惰性气体在炸药冲击波激励下的闪光强度; 方法　将惰性气体充入实验装置内,并达到指定压力,然后将实验装置固定;用８＃ 电雷管引爆炸药Ｒ７９１ 和橡胶炸药片; 用建立的测试记录系统对可见光和近红外光进行测试; 结果　用炸药冲击波激励氩气和氪气所产生的可见光和近红外光强度分别可达到１０６ ｃｄ,１０４ Ｗ·ｓｒ－ １数量级; 结论惰性气体在炸药冲击波激励下可得到较强的闪光,预计在民用上和军事上具有广泛应用;     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应研究

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型,其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型（球形、方形和柱形油箱）对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明：油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化;油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小,而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大,弹丸速度与冲击波压力峰值正相关;弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强,随着弹丸冲击速度的增大,不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。     

球形弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应

为研究球形高速弹丸对不同构型充液油箱的毁伤效应,基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立经实验验证的充液油箱模型;其中将油箱模型沿弹丸速度方向的长度作为不变量,分析不同冲击速度、不同构型(球形、方形和柱形油箱)对弹丸速度衰减、液体压力变化及箱体前后壁板变形的影响。结果表明:油箱构型基本不影响弹丸速度衰减变化和液体压力变化。油箱构型对冲击波阵面的压力分布影响较小;而弹丸速度对冲击波阵面的压力分布影响较大。弹丸速度与冲击波压力峰值正相关。弹丸冲击速度较小时,球形油箱的抗毁伤能力更强;随着弹丸冲击速度的增大;不同构型油箱的抗毁伤能力趋于一致。     

用Lagrange分析方法确定固体炸药基于JWL状态方程的反应速率方程

利用Lagrange实验结果和改进的Lagrange分析方法,对固体炸药在动高压流场中的本构方程进行了整体标定.未反应炸药和已反应产物都采用JWL状态方程.分析得到了每个Lagrange位置上的压力p,质量速度u,比容v,比内能随e时间的变化过程,同时可标定基于JWL状态方程的固体炸药的点火与增长型反应速率方程.标定的JWL状态方程和点火与增长型反应速率方程具有良好的相容性,参数可以直接用于动力学计算程序LS-DYNA3D.本文对铸装TNT炸药的二维起爆过程进行了计算.     

飞秒激光烧蚀炸药的冲击压力数值模拟

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体,飞秒激光烧蚀炸药技术可用于精密加工炸药元件和安全处理废旧弹药.为深入探讨飞秒激光烧蚀炸药作用规律,采用非线性有限元计算方法,建立了飞秒激光烧蚀炸药过程的起爆计算模型,对飞秒激光烧蚀LX-17和LX-10两种炸药过程进行了数值模拟计算,获得了不同飞秒激光能量作用下等离子体和炸药中的压力分布规律.计算结果表明,在飞秒激光烧蚀炸药的过程中,烧蚀产物等离子体和激光作用区外附近炸药的初始压力较高,但是由于激光烧蚀区域极小,炸药内冲击波压力迅速衰减,没有发生起爆现象.