含铝炸药能量释放的简化模型

为了在水下爆炸效应中反映出非理想爆轰特性的影响,建立了含铝炸药非理想爆轰能量释放的简化模型。该模型以CJ爆轰理论和二次反应理论为基础,把含铝炸药化学反应划分为快速反应和慢速反应,以释放的化学能和慢反应速率常数作为非理想特征参数,并应用于一维数值模拟。计算结果与基本实验结果一致,冲击波峰值的计算误差不大于10％,衰减时间常数的误差小于5％,冲击波能与实验值也具有良好的一致性。简化模型合理地描述了含铝炸药非理想爆轰的主要过程及非理想特性,可应用于含铝炸药的设计和爆炸效应的分析。     

新材料敏化的乳化炸药爆炸特性研究

通过水下爆炸与爆破切割实验,研究了新型材料敏化的乳化炸药爆炸能量输出特性。研究结果表明,材料CMLS敏化的乳化炸药相对玻璃微球敏化的乳化炸药在爆炸威力上有了很大的提高。CMLS型乳化炸药采用的是动态敏化技术,在引爆过程中,CMLS受压分解产生气体,从而引入均匀分布的小气泡,达到了敏化的目的。它保证了初始高密度装药,并且避免了由于敏化气泡破坏而造成的半爆和拒爆现象。材料CMLS分解产生的物质是含能基团,参与乳化基质的爆轰反应,因此其总输出能量会大于现有乳化炸药的输出能量。上述结果对新型乳化炸药设计具有指导意义。     

柱状含铝炸药水下爆炸近场的特征线法研究

基于之前提出的一种含熵变项的特征线法，通过控制非等熵流中的能量释放来刻画铝粉燃烧的影响，结合简单Chapman-Jouguet模型和JWL-Miller状态方程，计算了柱形含铝炸药水下爆炸的近场参数。对比模拟结果与实验数据，发现这种特征线法可以较好地预测近场冲击波的传播迹线、爆轰产物的膨胀轨迹以及内部压缩波的反射过程。结果表明，这种特征线法可用于含铝炸药水下爆炸的近场计算，进一步可用于评估含铝炸药性能或计算水下能量输出。     

铝粉含量和粒度对CL-20含铝炸药水中爆炸反应特性的影响

为了研究CL-20基含铝炸药的爆炸反应机理,利用水中爆炸实验,测量了不同铝粉含量和粒度的CL-20炸药水中爆炸的冲击波参数、二次压力波参数,计算了冲击波能和气泡能。结果表明,水中爆炸的冲击波能和气泡能表征了爆轰和二次反应两个阶段的炸药爆炸能量分配,CL-20炸药中的铝粉主要在二次反应阶段发生反应,只有少部分的铝粉参与了早期的爆轰反应。气泡脉动形成的二次压力波能描述铝粉含量和粒度对二次反应过程的影响,铝粉含量对炸药的二次反应有显著的影响;铝粉粒度对炸药的水下爆炸的初始冲击波参数、冲击波能和气泡能的影响很小,对铝粉与爆轰产物的二次反应速率影响较大。     

不同炸药性能对爆破振动效应的影响

从岩石内炸药爆轰能量释放形式的角度,结合现场实时爆破振动监测数据,对比分析2种不同炸药性能的炸药产生的爆破振动特性,并对质点振动速度峰值的衰减规律及爆破振动持续时间进行回归分析.结果表明:除单响炸药量和爆心距,炸药自身性能对爆破振动效应的衰减规律和振动持续时间也有很大影响.     

多相爆轰与生产安全

多相爆轰或称非均相爆轰一般是指燃料液滴或固体粉尘分散在气态氧化剂中所形成的可燃混合物的爆轰。气-液或气-固可燃系统的爆轰称为双相爆轰,同时含有燃料液滴、固体粉尘与气态氧化剂的可燃系统的爆轰称为三相爆轰,通称为多相爆轰。与凝聚炸药的爆轰相比,多相爆轰具有以下特点: 1.与凝聚炸药的集中爆炸相反,多相系统是分布 ...     

内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(二)——泄压空间

为了研究泄压空间内爆炸爆轰产物运动及能量演化规律,采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解两组分可压缩欧拉方程,自主编写了泄压空间内炸药爆炸过程二维数值计算程序。采用验证的程序数值探讨了泄压口大小、泄压口位置、炸药爆炸位置对爆轰产物运动及能量演化的影响规律。研究表明:上述因素不仅改变了爆轰产物的运动形态,同时改变了产物的泄出过程;泄压口的存在主要加快气体内能的泄出过程。本文研究可为舱室内爆炸毁伤评估提供一定的参考和依据。     

不锈钢-普碳钢的双面爆炸复合

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸的能量利用率极低的问题，使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药，并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合二块复合板的双面爆炸复合技术。进行了7 mm厚的蜂窝结构炸药用于3 mm厚的不锈钢板和16 mm厚的Q235钢板的双面爆炸复合实验；并计算得到了复板碰撞速度的上下限及2组实验中复板的碰撞速度。由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束，炸药的临界厚度显著降低，乳化炸药在5 mm厚度时仍可以稳定爆轰。研究结果表明:和现行的单面爆炸复合相比，在复合相同数量复合板的情况下，采用蜂窝结构炸药的双面爆炸复合技术中，炸药的使用量节省了77%，炸药的能量利用率得到显著提高；计算与实验结果一致性较好。     

炸药类型对富铁矿爆破效果影响的试验研究

为探究炸药类型对铁矿石爆破效果的影响，选用相同药量的3种炸药对铁矿石试样进行爆破试验。对比研究了不同炸药爆炸作用后试样表面裂纹分形维数和碎块块度分布特征，进而对试样的破坏程度和爆破效果进行了定量的对比与评价。同时，从爆炸应力波叠加、能量释放与传递角度，对爆破效果的差异进行了理论分析。研究结果表明:（1）松散装药以及混合装药均会导致爆源相同距离处爆炸应力场分布的均匀性变差；（2）炸药爆热越大、炸药铁矿石波阻抗匹配程度越高，炸药爆炸后释放的能量越大且能量传递效率越高，铁矿石破坏程度越大；（3）爆破工程中炸药选型时，应重点考虑炸药密度、爆热和爆速3个参数，选择与矿（岩）体波阻抗匹配程度高且爆热合适的炸药，使得爆破后产生的大块和小块均较少。     

MgH2对乳化炸药的压力减敏影响实验

将储氢材料MgH₂作为敏化剂和含能材料引入到乳化炸药的配方中,通过冲击波动压发生装置和水下爆炸实验研究MgH₂对乳化炸药抗冲击波性能的影响,并与玻璃微球敏化的乳化炸药进行对比。研究结果表明,MgH₂能够显著减弱压力减敏作用对乳化炸药爆轰性能的影响,且同等受压程度下爆炸威力远大于玻璃微球敏化的乳化炸药。最后,通过扫描电镜研究受压乳化炸药微观结构,得出乳化基质破乳和有效“热点”减少是乳化炸药受冲击波作用后爆轰压力降低的主要影响因素。     

内爆炸爆轰产物运动过程二维数值模拟研究(一)——密闭空间

为了研究密闭空间内爆炸爆轰产物运动规律,采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写了密闭空间内炸药爆炸过程二维数值计算程序。利用所开发的程序数值探讨了密闭空间内爆轰产物的传播过程及炸药形状、产物状态方程对爆轰产物运动的影响规律。研究表明:炸药形状的差异不仅改变了爆炸初期爆轰产物的膨胀形态,同时也改变了爆轰产物与周围空气的后期混合状态。状态方程对产物运动过程同样具有一定的影响,JWL状态方程中高压项可使得爆炸初期产物具有更大的膨胀能力。本文的研究可为进一步探讨考虑燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

非理想爆轰的推飞片效率

本文采用一定形式的状态方程,模拟爆轰波后稀疏波区内介质的放能,初步解析地讨论了非理想爆轰波的推飞片效率问题,并与相应CJ爆轰波的情况进行了对比。由本文的结果可见:(1)对CJ点之后释放能量的非理想爆轰波,波后压力分布与瞬时释放能量的多少和CJ点之后释放能量的多少和快慢有关。(2)非理想爆轰的推飞片效率,除炸药与飞片质量比之外,不仅依赖于CJ点之前瞬时释放出来的能量Q,还依赖于CJ之后释放的能量q和标志释放快慢的参数n。(3)非理想爆轰波、包括弱爆轰的推飞片效率,对所讨论的参数与CJ爆轰相似,均存在一个最佳的选择。     

爆轰传播理论的解析研究方法(一)

爆轰是一类特殊的爆炸现象,爆轰中能量释放和转化过程(通常是化学反应)以一个超声速运动的冲击波为先导和反应触发机制,并以强间断形式在爆炸介质中传播。爆轰物理的基本问题包括爆轰反应机理,爆轰的引发、建立和传播,定态爆轰的纵向和横向结构,爆轰产物的热化学和物态方程,爆轰波相互作用及近距效应,爆轰彼的稳定性,一般的非定常爆轰及爆轰的数值模拟。     

负压环境对乳化炸药爆炸温度场和有害效应的影响

为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制,利用自制的可视化球形爆炸罐,通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声,采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场,并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的提高,爆炸火球亮度更高,持续时间更长,形态更稳定;当真空度为0 k Pa时,火球在19.35μs时破裂,而当真空度为100 k Pa时,火球在58.05μs才开始破裂;低初始真空度对火球温度影响较小,而60 k Pa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度;冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低,但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明,随着真空度的提高,冲击波峰值压力降低,冲击波速度逐渐降低至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外,初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声,与常压相比,当罐体内真空度为100 k Pa时,爆炸噪声的声压级降低了35.9 d B,降幅为29.8%。     

凝聚相爆轰理论的进展

近十年来,在凝聚相炸药爆轰学的研究方面,举行了一系列专题学术讨论会,出版了一些专著,在各种有关学术刊物中发表了大量论文。我国不久前创刊的《爆炸与冲击》杂志迄今已发表有关爆轰及共计算和实验技术的论文约20篇。当前爆轰研究的重点是安全问题。这既是武器研究的需要,也是民用爆破和各种爆炸技术的需要。由热和机械刺激引起炸药的化学反应和爆炸,炸药中冲击波到爆轰的转变,炸药爆燃到爆轰的转变,这三方面的研究占了相当大的比重。      

PBX-01炸药水中爆轰产物状态方程研究

提出通过水中实验确定炸药的水中爆轰产物JWL状态方程参数的方法;选择PBX-01高能炸药进行水中实验,利用ANSYS/LS-DYNA程序建立炸药的水中实验模型,将实验结果与数值计算结果进行对比,确定PBX-01炸药水中爆轰产物的JWL状态方程参数。研究结果显示,圆筒实验确定的JWL参数在反映炸药水中爆轰产物的膨胀状态时有所不足,水中实验确定的JWL状态方程参数能够更准确地描述PBX-01炸药水中爆轰产物的膨胀过程,因此对水中爆炸的研究需要通过水中爆炸实验建一套状态方程参数。     

温压炸药的特性及发展现状

温压炸药的爆炸涉及到起爆、爆轰、冲击波的传播与反射、多相湍流和多模化学反应等, 是一个多尺度、多物质、多因素、多物理场耦合过程, 深化温压炸药高效释能的关键基础理论, 揭示温压爆炸的反应机理并有效控制和利用是温压武器创新发展的关键科学问题, 对高威力温压炸药的配方设计、温压武器的研制和使用具有重要指导意义. 本文描述了温压爆炸的基本原理, 讨论了温压炸药的概念和内涵, 从炸药种类、释能特点、能量构成、爆炸反应机制、爆炸效应增强机理、杀伤机制等方面阐述了温压炸药的特征, 分析了温压炸药有限空间内部爆炸威力的评估方法以及温压炸药的研发状况, 并提出了相关发展建议, 以期为高威力温压炸药的设计、温压弹的研制及毁伤评估提供指导.      

爆炸对自然磁场干扰机理

爆炸产生的电磁场对爆炸测试有较明显的干扰, 一些含金属炸药产生的电磁干扰甚至可以使设备失效, 为了给出爆炸产生电磁效应的理论分析方法和特性, 针对常规炸药爆炸过程中观察到的自然磁场扰动现象进行理论机理和数值模拟研究. 采用热平衡电离理论描述爆炸过程中产生的电离气体, 结合爆炸问题的数值模拟方法, 获得爆炸场中电导率的时空分布, 计算磁场扩散率; 基于非理想全磁流体力学方程求解一定磁扩散率下等离子体高速运动引起的自然磁场扰动, 实现爆炸产生磁场效应的二维模拟; 对比炸药不同起爆条件对产生磁场扰动的影响, 结果表明: 炸药起爆参数对磁场扰动有很大的影响, 这种影响源自于电导率的巨大差异, 虽然爆轰产物的高速运动有引起磁场大幅度扰动的能力, 然而只有具有一定电导率的爆轰气体才能冻结磁场扰动. 数值模拟结果与文献中的结果进行了对比, 模拟得到的由电磁波引起的磁场扰动在时间尺度上与文献结果符合较好, 从一定程度上证明了数值模拟方法的可靠性. 本文的数值模拟结果指出炸药几何构型不对称的时候, 在自然磁场取不同方向时将会产生不同的磁场扰动强度, 而这是目前该领域中尚且无人关注和讨论过的问题.      

爆炸对自然磁场干扰机理

爆炸产生的电磁场对爆炸测试有较明显的干扰,一些含金属炸药产生的电磁干扰甚至可以使设备失效,为了给出爆炸产生电磁效应的理论分析方法和特性,针对常规炸药爆炸过程中观察到的自然磁场扰动现象进行理论机理和数值模拟研究.采用热平衡电离理论描述爆炸过程中产生的电离气体,结合爆炸问题的数值模拟方法,获得爆炸场中电导率的时空分布,计算磁场扩散率;基于非理想全磁流体力学方程求解一定磁扩散率下等离子体高速运动引起的自然磁场扰动,实现爆炸产生磁场效应的二维模拟;对比炸药不同起爆条件对产生磁场扰动的影响,结果表明:炸药起爆参数对磁场扰动有很大的影响,这种影响源自于电导率的巨大差异,虽然爆轰产物的高速运动有引起磁场大幅度扰动的能力,然而只有具有一定电导率的爆轰气体才能冻结磁场扰动.数值模拟结果与文献中的结果进行了对比,模拟得到的由电磁波引起的磁场扰动在时间尺度上与文献结果符合较好,从一定程度上证明了数值模拟方法的可靠性.本文的数值模拟结果指出炸药几何构型不对称的时候,在自然磁场取不同方向时将会产生不同的磁场扰动强度,而这是目前该领域中尚且无人关注和讨论过的问题.     

凝聚炸药的压缩爆轰机理

凝聚炸药分子是一个贮能器,它把还原基与氧化基通过中间骨架原子连接在一个分子中,平时处于稳定状态,受到激发活化时,两种基团发生化合释放能量。 说明了炸药分子的贮能结构,我们就可以讨论炸药的压缩爆轰机理了。 为了说明炸药分子中的化学键可以通过压缩解体,我们先分析下图所示的氢分子的共价键的键能随核间距变化的情况。