爆轰法合成纳米氧化铈粒径的控制

为获得爆轰合成过程中纳米氧化铈粒径的控制方法,采用乳化炸药爆轰法合成了纳米氧化铈粉末,研究了乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光粒度仪,对不同乳化条件下得到的乳化炸药基质和相应的纳米氧化铈进行表征。结果表明,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径均有较大的影响,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸越小,相应的乳化炸药爆速越高,爆轰合成的纳米氧化铈的粒径越小,且粒径分布越均匀。     

氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究

 通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH₂敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明：与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH₂敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH₂储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH₂在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH₂在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。     

RDX基含铝炸药在混凝土中爆炸的实验研究

为了研究含铝炸药在混凝土介质中的毁伤效果,对不同含铝量的3种炸药进行了70g药量小尺寸混凝土爆炸实验,重点研究了铝粉含量和炸药埋深对毁伤效应的影响,利用高速摄影机拍摄了混凝土靶毁伤过程。结果表明:炸药埋深对炸药的毁伤效果有着重要的影响,埋深为30cm时的毁伤效果要远大于10cm时,当炸药的埋深为10cm时含铝量为15%的炸药毁伤效果最佳;铝粉含量越高,火光面积越大,持续的时间越长。     

爆炸载荷作用下钢-混凝土-钢组合板的动态响应数值模拟

钢-混凝土组合结构的抗爆性能已成为防护工程和反恐防爆等领域的研究热点。以钢-混凝土-钢组合板为例,利用有限元软件ABAQUS对爆炸载荷作用(爆距为2.5~7.5 m,TNT炸药量为50~100 kg)下该结构的破坏形态和动力学性能进行了数值模拟。研究结果表明,组合板的破坏形态与炸药量和爆距有关。炸药量越大,爆距越小,组合板的破坏程度越明显。当TNT炸药量为100 kg、爆距为2.5 m时,组合板发生明显的翘曲,出现了塑性铰。钢板的存在有效地抑制了核心混凝土的剥落。在爆距相同的条件下,炸药量越大,组合板的变形越明显,跨中挠度和峰值速度也越大。当炸药量相同(100 kg)时,与爆距为7.5 m相比,爆距为5.0 m时组合板的跨中挠度为其1.53倍,爆距为2.5 m时组合板的跨中挠度为其5.01倍。     

爆速对纳米铝粉爆炸烧结性能的影响

为了掌握纳米金属粉烧结成型技术,将纳米铝粉置于改良设计的可泄压式爆炸烧结装置中,得到了密实度达98%以上的纳米铝棒。通过改变铵梯炸药和木粉的比例调节炸药的爆速,研究了不同爆速下烧结铝棒的性能。利用金相显微镜观察烧结棒的微观结构,并对烧结棒的密实度、硬度等性能进行测量。结果表明:通过降低爆速可以减小马赫孔的产生,但爆速过低,会导致烧结棒的密实度和硬度等性能降低;当采用爆速为2 158m/s的炸药时,可制得无马赫孔、高硬度、高密实度、晶粒细小的均质烧结棒。     

化学气相沉积-氧化烧结法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球直径、壁厚的可控,采用等离子体辉光放电聚合技术,以四甲基硅烷为掺杂气源,对化学气相沉积-氧化烧结法制备空心玻璃微球(HGM)这一制备方法进行了探索。实验结果表明:制备直径为400~600μm、壁厚为5~15μm的HGM,原子分数为5%是一个较合适的掺硅量,成功将微球直径和壁厚的收缩量控制在38%左右;玻璃化后样品中C含量明显降低,主要以C—Si键合形式存在,而Si含量相对增加,主要以Si—O键合形式存在;预充1.23×106 Pa氘气的微球,96h后球内剩余气压依然高达72.95%。     

铝纤维炸药水下爆炸性能研究

将纯铝用熔喷法制成铝纤维添加到炸药中,得到新型非理想混合炸药,通过水中爆炸实验,测试不同位置铝纤维炸药的压力时程曲线。对压力时程曲线进行分析,计算得到水下不同位置铝纤维炸药的冲击波压力峰值、冲量、冲击波能和气泡能。结果表明:铝纤维炸药的压力时程曲线可采用指数函数与双曲线函数进行分段描述,而用正态分布函数拟合气泡脉动压力曲线的效果不理想;铝纤维炸药水下爆炸比气泡能与总能量的比值为52%~58%,说明向基体炸药RDX中添加铝纤维对总能量有影响;总能量与爆热的比值为75%~85%,小于理论近似值(100%),说明铝纤维炸药爆炸时铝纤维反应不完全且破碎铝纤维消耗了一定的能量。     

乳化炸药爆轰合成纳米氧化铈及表征

为通过爆轰法合成纳米氧化铈,设计并制备了以Ce(NO3)3·6H2O为主要氧化剂的5种乳化炸药。综合考虑Ce(NO3)3含量对乳化炸药爆速的影响和纳米氧化铈的得率,筛选出适用于爆轰法制备纳米氧化铈的乳化炸药配方。通过在爆炸罐中起爆乳化炸药,制备得到了纳米氧化铈。利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品进行表征。XRD测试结果表明,乳化炸药爆轰法合成的纳米氧化铈属于立方晶系,理论粒径为74nm。TEM测试结果表明,合成的纳米氧化铈外观呈球形,具有较好的分散性和粒度均一性,平均粒径为70nm。     

铅壳柔爆索爆炸特性实验研究

 对直径为2.0 mm的铅壳柔爆索的爆炸特性进行了系统的实验研究。测得这种柔爆索爆速为D_J=(6.95±0.06) km/s。其爆炸产生的铅粒子非常小,粒度小于5 μm的铅粒子的总质量约占铅壳质量的40%。对柔爆索爆炸产生的铅粒子的飞散速度及冲量大小也进行了研究。     

铝粉粒径对温压炸药爆炸性能及热安定性的影响

为了研究铝粉粒径对温压炸药在有限空间内爆炸能量输出的影响,在温压炸药中分别添加了粒径为40nm、3μm和35μm的3种铝粉。利用爆炸容器进行内爆炸实验,获得了冲击波压力时程曲线,经计算分析得到1.0、1.2和1.5m处的超压和冲量数值,并采用差示扫描量热仪(DSC)研究这3种粒径铝粉对温压炸药热安定性的影响。实验研究结果表明:铝粉粒径对温压炸药在有限空间的爆炸能量有较大影响,含粒径为3μm的样品2在各距离处的超压较样品1提升了6.0%以上,较样品3提升了10%以上;3组样品的热安定性均随着铝粉粒径的减小而降低,活化能最大降幅达31.1%,升温速率接近零时的峰值温度(Tp0)最大降低了11.7℃。     

微型雷管药高比对输出威力的影响

为了适应MEMS引信微型传爆序列的需求,针对微型雷管装药高度比对输出威力的影响开展了专门研究。改变装药直径为0.9 mm、装药高度为3 mm的微型雷管中起爆药与猛炸药装药高度比,用猛铜压阻传感器对爆轰输出压力进行测定,得到微型雷管中起爆药的临界高度为0.36 mm。当起爆药高度为1.65 mm时,微型雷管爆轰压力值最大,为10.3 GPa;当起爆药高度小于1.65 mm,HMX炸药高度大于1.35 mm时,随着起爆药高度的减小,猛炸药高度的增加,微型雷管的爆压值减小;当起爆药高度大于1.65 mm、HMX炸药高度小于1.35 mm时,随着起爆药高度的增加,猛炸药高度的减小,微型雷管的爆压值也减小。初步得出了羧铅起爆药和猛炸药的最佳高度比范围为0.69~2.26。     

聚黑铝炸药的能量输出特性及评估方法

为了研究RDX基聚黑铝炸药（JHL-X）的能量输出特性及其评估方法,通过绝热式量热仪、水下爆炸系统、空爆系统分别测试了JHL-X的爆热、水下爆炸能量、地面超压。结果表明:JHL-X在真空中的爆热值与在N₂中的爆热值基本一致,约为1.75倍TNT当量;在空气中的爆热值为8 045.724 J/g,为1.93倍TNT当量,比真空和N₂中高10%。JHL-X水下爆炸中的冲击波能、气泡能分别为0.935、4.614 kJ/g,总能量为1.83倍TNT当量。空爆时,根据通过地面超压得出的TNT和JHL-X超压公式,得到1.5、 2.0、 2.5m处的JHL-X的TNT当量分别为2.14、1.70、1.75,均值为1.86。采用水下爆炸和真空爆热法时,因外界环境不供氧,致使两种实验方法评估出的JHL-X炸药能量一致;而采用空爆和空气爆热法时,因外部环境供氧,致使含铝炸药中Al的反应增加,总能量提高,两种方法得到的实验结果相近。因此,在评估炸药能量水平时,需考虑炸药配方设计和实际用途,进而选择合适的评估方法。     

808 nm LD激发下高折射率差光纤锥-硫卤微球耦合系统的荧光回廊模

用熔融淬冷法制备了0.5wt.%掺杂Nd3+:75GeS2-15Ga2S3-0CsI(0.5wt.%Nd-GGSI)硫卤玻璃.在此基础上以玻璃粉料漂浮熔融法制备出粒径为50~300μm高折射率(n≈2.1)玻璃微球,并在显微镜下选出表面质量高的硫卤微球用于后续实验.将火焰法拉制出的直径1~2μm间的双锥形石英微纳光纤与硫系微球进行近场耦合.相位匹配条件下测试结果表明光纤锥倏逝场将激发球内径向高阶回音壁模式.实验测量了在808nm LD激光泵浦下直径110μm微球的荧光光谱特性,结果表明:掺Nd3+硫卤微球在输出端1 075nm波段附近产生了等间距分布的荧光回音壁模式的光学谐振,共振峰间隔为1.80nm.实验结果与微球腔回音壁模式谐振的理论模型有较高的符合度.     

近场多发爆炸荷载作用下方钢管构件的动态响应及其损伤

为研究多发爆炸荷载作用下方钢管构件的动态响应及损伤情况,依据方钢管单发爆炸试验确定合理的模型参数,分析了近场爆炸总药量相同的条件下药量等分份数、药量质量比以及起爆时间间隔3种因素对方钢管构件抗爆性能的影响。结果表明：多发等分药量同时起爆时,方钢管迎爆面变形和挠度分别比单发爆炸时大17.5%和32.1%;对于两发爆炸荷载,当两发炸药的质量接近时,方钢管迎爆面变形和挠度比质量差异较大时大18.3%和19.7%。对于多发等分药量爆炸荷载：当各炸药爆心到方钢管跨中的距离相同时,非同时起爆时方钢管迎爆面的变形比同时起爆时小4.3%,且起爆时间间隔越长,变形越小;当各炸药爆心到方钢管跨中距离不同时,调整各炸药起爆时间可使方钢管迎爆面跨中变形比同时起爆时大13.9%。     

水下爆炸气泡脉动周期的简便计算方法

将爆轰产物状态方程与气泡运动方程相结合,提出了一种水下爆炸气泡脉动周期的数值计算方法,能够快速计算不同炸药水下爆炸的气泡脉动周期。结果表明:采用JWL状态方程与采用γ律状态方程的气泡周期计算方法相比,前者计算TNT炸药水下爆炸气泡脉动周期的误差更小,计算误差小于3%;通过对比RS211炸药水下爆炸实验结果,进一步验证了该数值计算方法对含铝炸药水下爆炸气泡脉动周期的计算同样具有良好的适用性。     

破片式战斗部破片与冲击波相遇位置研究

为研究破片式战斗部爆炸后破片和冲击波两种毁伤元的相遇位置,先通过ANSYS/LS-DYNA对破片式战斗部的爆炸过程进行数值计算,再通过试验的方法测量破片和冲击波相遇位置,验证了数值计算方法的合理性。在此基础上,分析了装填系数、破片质量、爆速和爆热对相遇位置的影响。结果表明:随着装填系数、破片质量、爆速和爆热的增加,相遇位置减小;装填系数增加31%,相遇位置距爆炸中心的距离减小11.5%;单枚破片质量增加1倍,相遇位置距爆炸中心的距离减小2.4%。     

2μm波段硫系玻璃微球激光器的制备和表征

工作在2μm波段附近的中红外微球激光器在生物医学传感、激光雷达、窄带光学滤波和空气污染监控等领域具有重要的应用价值.本文以自制的Tm~(3+)-Ho~(3+)共掺的Ge-Ga-Sb-S (2S2G)硫系玻璃为基质材料,采用玻璃粉末高温漂浮熔融法批量制备了高品质(典型品质因数大于10~5)硫系玻璃微球.优选一颗直径为205.82μm的微球为实验对象,利用光纤锥耦合法对其进行光学近场耦合实验.在808 nm抽运光的作用下,在1.8—2.1μm波段处可观测到明显的荧光回廊模现象.当抽运功率达到0.848 mW的阈值时,可在2080 nm附近观测到明显的激光输出.上述实验结果表明本文采用的2S2G硫系玻璃具有用于制备工作在中远红外波段的有源光学/光电子学器件的潜力.     

RDX基含铝炸药三波点高度的数值模拟

为研究含铝炸药近地空中爆炸的三波点特性,利用ANSYS/AUTODYN显式有限元程序,对3种RDX基含铝炸药HL-01(RDXph)、HL-02(85%RDXph+15%Al)和HL-03(70%RDXph+30%Al)空中爆炸过程进行了模拟。结果表明:计算得到的压力时程曲线与实测压力时程曲线较吻合,且在不同位置处的超压值也接近实验值,说明所建立的模型及状态方程参数选取合理;与经验图表法的对比说明,基于爆热当量的经验图表法不适用于含铝炸药三波点高度的计算,而用数值模拟方法可以较好地获得含铝炸药的三波点高度;同一爆炸高度下,3种炸药的三波点高度由大到小依次为HL-03、HL-02、HL-01;对于同种炸药,三波点高度随着爆炸高度的减小而增加。     

无源Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)硫系玻璃微球谐振腔的制备及其光学回廊模式表征

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01μm和57.63μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验,以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22nm和2.60nm,与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.     

爆炸平面冲击波在金属颗粒介质中的衰减

 分析了颗粒介质在冲击载荷下的加载、卸载本构关系,应用特征线理论对平面一维爆炸冲击波在颗粒介质中的衰减进行了计算。结果表明：组成颗粒的材料、孔隙率及炸药的爆速决定了初始冲击波峰值的大小。炸药爆速越高,介质孔隙率越大,材料本身的冲击阻抗越大,初始压力越高。炸药长度、材料本身的冲击阻抗及介质的孔隙率决定了冲击波的衰减速度。炸药长度越小,材料本身的冲击阻抗越大,介质的孔隙率越高,冲击波衰减越快。