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．     

炸药爆轰合成超微金刚石的数值模拟

在相变模型基础上对炸药爆轰过程中超微金刚石的合成进行数值模拟,用简单反应速率函数估算炸药爆轰反应区的热力学参数,用动力学有限元程序DYNA2D模拟爆轰产物的膨胀过程,按均匀成核和长大两步模拟爆轰过程中游离碳相变成金刚石的过程,同时考虑金刚石在爆轰产物膨胀过程中的石墨化。计算了不同装药条件和保护条件下金刚石的成核率,长大线速度,石墨化率,金刚石得率及粒径分布等信息,对计算结果进行分析和讨论。     

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.      

连续点火诱导爆轰的数值研究

使用带基元化学反应的多组分Navier-Stokes方程,数值研究了多点连续点火过程诱导氢气-空气预混合气体的爆轰过程.计算结果表明,点火时序的变化可以显著影响预混气的爆轰引发特性.适当的加速连续点火过程可以诱导爆轰的形成,且随着点火过程的加速,爆轰的形成时间和距离均有所缩短;减速或过快的连续点火过程则不能诱导爆轰的形成.     

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。     

乳化炸药热分解动力学研究

用各种动力学方程和机理函数对乳化基质,乳化炸药和乳化粉状炸药的差示扫描量热实验结果进行了研究,得到了这些物质的动力学参数和热分解机理函数。乳化基质,乳化炸药和乳化粉状炸药的活化能分别为１６０±５,９５±５１,１４０±５ｋＪ／ｍｏｌ,乳化基质和乳化粉炸药的热分解最可几函数均为１－α。     

药剂热分解对电火工品引爆温度场的影响

在三维热传导理论的基础上,研究药剂按零次阿累尼乌斯定律发生热分解时,所产生的热量对电火工品（EED）三维场分布的影响,采用时域有限差分法,获得了EED被点火时的温度场分布图。由温度场分布图可以认定,EED最初的点火点发生在桥丝与药剂的交界面上,计算结果显示：药剂随着活化能E的增加,电点火时间延长;随着频率因子Z的增大,电点火时间缩短。     

多孔颗粒床阴燃着火实验研究与数值分析

对发生在多孔颗粒床的阴燃着火过程进行了实验研究,针对最常见的加热方式热接触,设计了平板加热的实验模型,实验表明,长时间的缓慢升温后突然出现温度的跃升是阴燃着火的基本特征,采用有限区域临界着火理论进行了数值模拟计算,得出了发生阴燃着火的临界现象的规律,主要包括：（1）燃料床尺寸不变时,如果临界热流密度增加,则临界环境温度降低,临界点燃温度增高;（2）环境温度不变时,如果临界热流密度增加,则燃料床的临界尺寸减小,临界点燃温度增高;（3）热流密度不变时,如果环境温度较高,则点燃的临界尺寸较小,同时临界点燃温度较高,以上结论与实验结果一致。     

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。     

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 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, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.     

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。     

纤维质颗粒燃料阴燃引燃过程的研究

通过实验研究了纤维质颗粒燃料在热固体表面上发生阴燃的过程,测定了典型条件下热面引发阴燃的最低温度．实验表明,长时间地缓慢升温是阴燃着火过程的一个基本特点．建立了模拟阴燃发生过程的三维数学模型,并进行了模拟计算．模拟计算结果与实验结果比较吻合