含铝炸药爆轰数值模拟研究

对含铝炸药25nm和50nm圆试验进行了二维爆轰数值模拟,标定了含铝炸药JWL状态方和反应速率方程参数,为检验含铝炸药爆轰模型及其相关参数的合理性,对含铝炸药驱动金属平板试验进行了二维爆轰数值模拟,得到了与实验值相符合的结果,分析了铝粉在炸药爆轰中的反应情况和约束条件对含铝炸药爆轰性能的影响。结果表明,铝粉主要在爆轰后期与炸药爆轰产物反应释放能量。     

炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

损伤炸药的冲击起爆数值模拟

通过对炸药化学反应速率方程的分析,建立了基于KIM弹粘塑性球壳塌缩热点模型原理的三项式整体化学反应速率方程模型. 运用遗传算法确定了反应速率方程相关参数,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.     

炸药烤燃数值模拟研究

炸药在生产、运输、储存过程中,可能遇到一些意外的热辐射等环境。这对炸药的安定性、适应性提出了要求。因此本文,针对炸药在热作用下的反应规律和条件,利用fluent软件研究其烤燃过程和机理,与实验数据对比证明具有可行性。     

损伤炸药反应速率及起爆的数值模拟

在PBX炸药冲击损伤和冲击起爆实验的基础上,采用拉格朗日分析方法对损伤炸药的化学反应速率方程进行整体标定,并对损伤炸药的冲击起爆过程进行了数值模拟. 结果表明,损伤炸药冲击波感度提高,得到了损伤炸药化学反应速率方程相关参数的变化规律.     

侵彻过程中装药摩擦点火数值模拟

为研究弹体侵彻过程中装药安全性,采用分步数值模拟方法,在计算弹体侵彻靶体过程的基础上再计算弹体内部装药响应.装药响应计算中采用反加靶体阻力与热力化耦合算法并考虑了装药的摩擦温升机制,计算得到了装药点火的临界弹体初速,与实验结果吻合较好.计算结果表明,弹体内壁与装药之间的摩擦是引起装药温升的重要因素,装药发生摩擦点火的部位接近于装药中部.计算结果可为侵彻弹体的装药结构设计提供依据,计算方法为侵彻过程中装药的响应和安全性分析提供技术支撑.     

多元炸药装药冲击起爆的数值模拟

对多元炸药装药的冲击起爆过程进行了数值模拟研究,得到了改变炸药装药层叠顺序后的压力时程曲线．通过分析比较发现：当起爆过程从高爆速炸药传入低爆速炸药时,压力波形过渡平稳,在低爆速炸药到达CJ点时会出现短暂的超压爆轰现象;当起爆过程从低爆速炸药传入高爆速炸药时,会出现回爆现象,压力波形出现双峰,这对于被驱动系统的二次加载是有价值的．     

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.     

高应变率下复合炸药的细观数值模拟

针对复合炸药8701中RDX晶体与粘结剂分别对复合炸药8701平均力学性能的影响,建立了相应的细观数值计算模型.通过SHPB实验获得了8701在应变率600 s-1时的动态应力-应变曲线,根据Taylor均匀化方法得到了细观计算的宏观应力-应变曲线.结果表明:细观数值计算模型结果与8701的试验结果具有较好的一致性;在高应变率加载下,RDX晶粒和粘结剂的应力随应变都在增加,但由于RDX的强度和质量分数更大,因此对8701整体力学性能起主导作用.      

非均质凝聚炸药颗粒细观数值模拟研究

以PBX9404炸药为研究对象,建立了炸药颗粒的细观数值模型,得到了炸药颗粒的压强、温度等物理量沿径向分布关系.从数值模拟可以看出,炸药在冲击波作用下颗粒外半径温度升高较慢,孔隙位置处的温度升高最快.炸药颗粒孔隙位置处的压强、温度在两次反射后迅速增大.数值模型考虑了惯性效应,因此与KIM K的理论模型比较可以看出,在外径附近的温度要高于理论模型.     

固体火箭发动机撞击点火数值模拟计算

装填高能复合推进剂的固体发动机,在跌落和撞击等情况下可能发生燃烧或爆炸. 为了对发动机低速撞击下的安全性进行评价,建立了发动机撞击靶板点火计算模型,采用热力耦合算法实现机械能和热能之间的转化,采用Arrhenius方程描述推进剂自热反应过程. 对直径为200 mm和480 mm发动机撞击靶板过程进行数值模拟计算,获得了与火箭橇实验结果一致的速度阈值范围. 结果表明计算模型能较好描述发动机撞击点火过程. 计算结果表明,装药量大的发动机撞击后更容易发生点火,发动机撞击点火速度阈值与装药量的对数成线性关系.     

铵梯炸药作功能力的铅壔试验与数值模拟研究

采用数值模拟与铅壔试验相结合的方法,对铵梯炸药(55%/45%)的作功能力进行了研究。其中铵梯炸药(55%/45%)的JWL状态方程参数通过简易计算得到。模拟和试验的结果表明:试验测得铵梯炸药(55%/45%)的作功能力大小为377 m L,模拟结果为348.3 m L,且模拟结果显示铅壔内孔扩孔形状和大小与试验结果较为一致。可见,利用ANSYS/AUTODYN模拟的铅壔扩孔过程与试验结果吻合程度较高。从数值模拟的过程中可以看出,数值模拟软件ANSYS/AUTODYN给出了很多试验和理论计算无法观察到的现象和无法计算得到的数据,为深入研究炸药在铅壔中爆炸的过程和机理提供了平台。     

含能材料等离子体点火过程的数值模拟

建立含能材料在等离子体作用下的强瞬态热传导模型,对Dufort-Frankel差分格式进行了修正,使得时间和空间都是二阶精度,并对含能材料等离子体点火过程进行数值模拟。结果表明,(1)含能材料药粒直径变化对等离子体点火性能有较大的影响,小药粒条件下,点火延迟时间会明显缩短。(2)等离子体温度的增加会使含能材料的点火时间缩短。(3)热辐射的吸收会使在同一时刻有更多的质点感受到热扰动的存在。     

爆炸焊接生成波状界面的数值模拟

波状界面是爆炸焊接的一个重要特征，利用弹塑性材料的二维有限差分方法模拟爆炸焊接中的波状界面结合过程。研究表明波状界面和涡街是由界面处的剪力流速度分布和周期性扰动所造成的。对波状界面的涡流参数值进行了定量分析，得出波状界面的波高和波长比与涡流状区域中心的纵间距和横间距比分别接近于常数0．3和0．22的结论。数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

爆炸载荷下药型罩形成多破片的数值模拟

提出一种在爆炸载荷下形成多破片的新型刻槽药型罩结构。针对新结构建立有限元计算模型，应用非线性有限元软件Ansys-Lsdyna对爆炸载荷下刻槽药型罩形成多个破片的过程进行数值模拟。根据计算模型尺寸，加工试验装置进行试验验证。验证试验与数值模拟结果一致，破片分布只不过聚焦形状。所设计的刻槽药型罩能够实现预期的设想，形成具有一定数量和质量且具有聚焦性能的破片群。     

火炮发射过程中装药损伤数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的损伤响应,采用节点约束-分离模拟方法对TNT和PBX9501炸药装药进行数值模拟,计算不同发射速度下弹体内部装药的损伤及破坏,计算得到了TNT和PBX9501装药损伤的临界弹体初速以及加速度载荷,数值模拟结果与实验结果吻合较好. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应.     

烟火药爆炸性能的数值模拟

目的　研究烟火药爆炸性能的数值模拟方法,并将计算结果与有关的实验结果进行对比说明其可行性;方法　采用Ｒｅａｌ软件模拟烟火药在密闭定容条件下的反应情况,得到反映烟火药爆炸性能的冲击波初始参数,而后用ＡｕｔｏＲｅａＧａｓ软件模拟烟火药的冲击波在自由场中传播过程,并根据模拟的冲击波超压曲线,获得了烟火药峰值压力处的ＴＮＴ当量; 结果与结论　模拟规律与实测结果有一定可比性,并总结了计算结果误差存在的原因;     

爆炸衬砌过程中流态砂浆内应力变化规律的数值模拟

应用DYNA-2D有限元程序,对爆炸衬砌过程中流态砂浆内的应力变化进行了数值模拟研究。研究表明,流态砂浆进入应力振荡阶段后,应力振荡的特征是砂浆内各单元不仅沿径向呈层状振荡,而且还沿切向呈团状振荡。在应力振荡初期,以沿径向层状振荡为主;在炸药爆炸并达到最大压力的同时,砂浆内部各单元受到最大压应力的冲击作用。     

基于点火药颗粒的固体火箭发动机点火瞬态过程数值研究

为研究固体火箭发动机点火时点火药颗粒在燃烧室内流动与燃烧特性,以N-S方程,k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型+UDF接口进行二次开发编程,对某型固体火箭发动机点火瞬态过程进行数值仿真分析.计算结果表明:发动机点火过程中,点火药颗粒呈链式反应;点火药颗粒在喷入燃烧室后迅速燃烧,有利于推进剂点火,缩短点火延迟时间;点火药颗粒在燃烧室内运动复杂,在发动机内流场中出现压强震荡、局部高温区域和内外通压强差等复杂现象,这些现象随点火药量的不同而变化,对推进剂点火、药柱结构完整性产生较大的影响.