弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

 基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。     

固体炸药的磁驱动准等熵压缩实验研究

较宽压力范围内未反应炸药的本构关系和状态方程对于深入和精确认识压缩波作用下炸药组分间相互作用的力学过程和起爆热点的形成机制具有重要意义。较之冲击压缩,磁驱动准等熵压缩加载(无冲击压缩)是获取较宽压力范围内未反应炸药的动态压缩力学特性更有效的手段。基于大电流产生的电磁力作用原理,在国内率先实现了炸药的磁驱动无冲击压缩实验技术。通过对负载电极、炸药样品参数的优化设计和安装工艺的控制,实现了5 GPa载荷内JO-9159炸药的磁驱动准等熵压缩加载。基于激光位移干涉测量技术和Lagrange数据处理方法,获得了JO-9159炸药的速度响应历史和准等熵压缩线。所得结果与文献数据进行了比较,结果表明,在实验压力范围内,JO-9159炸药的等熵压缩线与PBX9501炸药的等熵压缩线一致。     

均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell等人研究均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。Campbell等人的实验表明,足够强的冲击波进入硝基甲烷后,经过若干微秒的感应时间,爆轰发生在隔板与炸药间的界面处。这就是说,在均匀炸药中,足够强的冲击虽非瞬时但直接（指不经过其它过程,如爆燃）引发了爆轰。重新处理后的实验数据表明：硝基甲烷起爆后,爆轰波的净爆速小于正常爆速;当进入硝基甲烷的初始冲击波的有效压力p_eff由8.82 GPa升至12.14 GPa时,感应时间t_ind的实验值由3.06 μs降至0.705 μs。以两相的排平（A,m）物态方程描述爆轰产物,较为严格地重新推导了基于热起爆理论的估算感应时间t_ind的公式。在上述p_eff的变化范围内,t_ind的理论值则由248 μs降至0.99 μs,明显地高于实验值。这表明,热起爆理论不适于描述硝基甲烷的冲击起爆行为。从本质上讲,热起爆理论对均匀炸药的冲击起爆行为的描述,不符合物质运动的微观图像,因此,它不适于描述均匀炸药的上述行为。     

冲击作用下HMX晶体孔洞塌缩热点生成机制的细观数值模拟

热点的形成、点火以及成长过程是理解非均匀炸药冲击起爆的关键.采用离散元法,对冲击作用下含孔洞的HMX晶体进行了细观数值模拟.计算结果表明:在较低冲击作用下,孔洞边缘发生了较大的剪切变形,粘塑性功形成热点;而在较高冲击作用下,孔洞塌缩产生射流,汇聚流动,冲击下游炸药形成热点,并获得了孔洞塌缩和热点生成演化的细观过程.     

六棱钨柱冲击起爆带壳B炸药比动能阈值研究

为了研究钨合金六棱柱冲击起爆带壳B炸药比动能阈值,设计并实施了破片冲击带壳B炸药实验。基于实验数据,利用Autodyn-3D建立可信的仿真模型,计算得到了实验条件下的钨合金六棱柱冲击起爆比动能阈值。利用已验证的仿真模型,选取典型的六棱柱破片的外形尺寸,利用"升降法"求得破片的冲击起爆比动能阈值,绘制了相关曲线,并与同等情况下的速度阈值进行比较。结果表明,实验条件下的冲击起爆阈值为34.780 MJ/m2,在炸药及壳体一定的情况下,大长径比破片冲击起爆带壳B炸药的比动能阈值较大。     

JB9014炸药在常温和-54 ℃低温下冲击引爆压力场发展的实验研究

 应用锰铜压力计对钝感高能炸药JB9014在常温和-54 ℃下冲击起爆压力场的发展进行了实验研究。在-54 ℃下压力场的发展图像揭示出JB9014炸药遵循均质炸药起爆机理,而常温下的这种图像表明其兼备均质和非均质炸药起爆机理;在-54 ℃下JB9014炸药的冲击感度比常温下低得多;无论是在常温下还是在-54 ℃低温下,JB9014炸药的冲击感度均比具有相同TATB/粘结剂配比的PBX-9502炸药的低。     

破片对带铝壳炸药的冲击起爆数值模拟研究

 采用AUTODYN-2D数值模拟软件，应用冲击起爆Lee-Tarver模型，对钢破片撞击带铝壳Octol炸药的起爆问题进行了数值模拟，分析了冲击起爆机理及破片形状、着速、铝壳厚度等因素对炸药起爆特性的影响规律，利用“升-降”法得到了破片对Octol炸药的临界冲击起爆速度。研究结果对反导战斗部破片杀伤元素的设计具有指导意义。     

HNS-Ⅳ炸药的短脉冲冲击起爆判据

飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药是直列式传爆序列的重要研究方向。考虑到能量加载方式(一般为电爆炸驱动、微装药驱动和激光驱动)和飞片材料对冲击起爆的影响,根据文献测量的飞片阈值速度拟合得到了HNS-Ⅳ炸药p~nτ和James判据的系数。同时,利用ANSYS/LS-DYNA程序模拟了铜叠氮化物爆炸驱动飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的过程,并根据数值模拟结果修正了HNS-Ⅳ炸药p~nτ和James判据的系数。结果表明,HNS-Ⅳ炸药的p~nτ(其中p为压力,τ为脉冲作用时间)判据应该调整为p~(2.08)τ1.54GPa~(2.08)·μs(0.001μsτ0.14μs,3.8GPap28.0GPa),James判据应调整为0.215/Σ+0.108/E1(Σ为比动能,E为能通量)。调整后的起爆判据与数值模拟结果相一致,并具有更高的实用性。     

给定压力下纯铁材料的冲击相变与层裂特性研究

采用VISAR测量样品自由面速度剖面和回收样品观测分析联合技术,开展等厚对称碰撞实验,结合文献中的实验结果,研究了冲击加载压力大于纯铁材料冲击相变阈值约2~5 GPa和大于冲击相变阈值约10 GPa两种压力状态下纯铁材料的加卸载历程及各相区的变化,并从应力波相互作用的角度,指出了冲击加载压力略大于纯铁材料相变阈值约2 GPa时,等厚对称碰撞样品"反常"二次层裂与冲击相变及逆相变的关联机制。     

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。     

JO-9C(Ⅲ)炸药的飞片冲击起爆判据参数拟合

针对JO-9C(Ⅲ)炸药的冲击起爆判据参数缺失问题，结合理论模型和模拟计算结果，拟合得到了JO-9C(Ⅲ)炸药的3种不同形式的起爆判据参数。利用AUTODYN软件，建立了不同尺寸钛飞片冲击起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的数值模型，得到不同尺寸钛飞片起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的临界速度。根据冲击起爆理论和飞片临界起爆速度，计算出JO-9C(Ⅲ)炸药内入射冲击波的波阵面参量，再结合p-τ、James和Π-τ3种起爆判据形式，拟合得到JO-9C(Ⅲ)炸药的起爆判据参数，起爆判据参数的拟合精度从高到低依次为Π-τ、p-τ、James。     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果，但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后，爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程，如爆燃）被引发；非均匀炸药起爆后，其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波，直至发展为正常爆轰，整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长，实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期；Craig原定义的爆轰的增长，实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期；而所谓反应冲击波，实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性，炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。     

非静水压下HMX炸药晶体的高压相变

HMX是一种性能优良的高能炸药,在武器工业中广泛使用。目前,HMX在高压下特别是非静水压下的相变规律仍存在争议。为此,采用不同的传压介质,开展了非静水压下HMX晶体的高压拉曼实验研究。结果表明,HMX晶体分别在4.9、13.9和17.5 GPa发生了结构相变。在13.9 GPa下,HMX开始发生相Ⅱ→相Ⅲ的相变,并在一定的压力范围内两相共存;当压力为17.5 GPa时,出现另一个新相(相Ⅳ),在17.5～23.6 GPa的压力范围内出现相Ⅱ、相Ⅲ和相Ⅳ三相共存现象。HMX晶体在非静水压下的相变路径与准静水压下的相变路径完全不同,非静水压环境下的压力梯度是造成该差异的原因。     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

落锤撞击下非均匀炸药点火特性实验研究

对落锤实验装置进行改进,由落锤直接撞击炸药样品改为使落锤先撞击上击柱,再由上击柱对颗粒炸药样品进行加载。采用改进的落锤实验装置,结合高速数字相机和PVDF压力计测量,实时记录了以HMX为基的黏结炸药在低速撞击条件下的响应过程图像及其压力变化过程。结果表明:非均匀炸药在低压长脉冲加载下基本都要经历压实→塑性扩展→颗粒破碎→形成局部高温区域→点火→燃烧→熄灭的典型非冲击点火过程,但由于炸药在细观尺度上存在不均匀性,导致相同实验条件下不同样品中局部高温区域点火出现的位置、持续时间以及反应强度都存在差异。     

利用电磁法研究HMX与TATB混合钝感炸药的冲击起爆特性

为研究含有少量奥克托金(HMX)且以三氨基三硝基苯(TATB)为基的高能钝感炸药PBX-3的冲击起爆反应增长规律,采用火炮驱动蓝宝石飞片的方法和铝基组合式电磁粒子速度计技术进行了一维平面冲击实验。通过实验测量撞击表面及内部不同深度处的冲击波后粒子速度,得到PBX-3炸药的Hugoniot关系。根据冲击波示踪器所测数据绘制了炸药到爆轰的时间-距离(x-t)图,获得了反映炸药冲击起爆性能的Pop关系。将入射压力为12.964 GPa时达到爆轰的6条速度曲线修整成相同零点,通过读取6条曲线的分离点即反应区末端的C-J点,计算出化学反应区时间和宽度。     

动载下剪应力对硫化镉单晶相变影响的实验研究

 动载下剪应力对相变起始压力有无影响，长期以来一直是一个未解决的问题。Duvall和Graham建议用硫化镉（CdS）晶体来作为判断材料。本文采用前后压电石英传感器方法系统地研究了高速平面撞击下的c轴CdS单晶试样中剪应力对相变起始压力的影响。实验测得其轴向相变起始应力为σ_T=(3.25±0.1) GPa，对应的平均压力p_T=(2.29±0.07) GPa，与静高压值2.3 GPa相比在实验误差范围内很吻合，这时相应的剪应力τ_T=0.72 GPa，高达平均压力的31.5%。这一结果表明，相变机制可以假定为仅与临界平均应力或临界热力学状态有关，剪应力对相变起始压力的影响可以忽略。     

低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化

对含微孔洞疏松度m=1.04的疏松铝进行了冲击加载-卸载实验,利用DISAR(distance interferometer system for any reflector)测得了53至99 GPa五个冲击压力下疏松铝/LiF界面粒子速度波剖面,获得了各压力下的纵波声速和其中三个压力点的体波声速,确定出疏松铝的冲击熔化压力约为81 GPa,确定出高压下冲击熔化前的泊松比约为0.372.通过分析,微孔洞明显降低了冲击熔化压力,引起的非谐振效应明显,状态方程计算中考虑非谐效应,非谐因子l 关键词： 低孔隙度 疏松铝 声速 冲击熔化     

缺陷形状及角度对于铝材料微喷射的影响

目前，一般认为引起微喷射的主要物理机制有：(1)试件的表面缺陷(如凹坑、划痕等)形成的微射流机制，很可能是微喷射的主要来源。(2)在冲击波作用下，晶界处产生局部能量沉积，而形成“热点”，致使物质局部熔化甚至汽化。(3)材料表面的杂质可能产生微层裂或剥落而形成微喷射。在材料发生微喷射的过程中，这些机理经常同时存在，对于不同的材料，在不同的条件下，可能是不同的机制起主导作用。在实验中发现，铝试件在冲击压为40GPa时，其表面温度大约为500K，这大大低于931K的熔化温度。因此，可以认为铝材料在冲击压力低于40GPa时，没有熔化现象发生。故而对于纯铝试件，当冲击压力达到约30GPa时，铝材料表面缺陷形成的微射流是其微喷射的主要机制。     

冲击加载下铝的剪切模量

分别用Steinberg-Cochran-Guinan (SCG)模型、修正的SCG模型和有限应变理论对材料的剪切模量做了数值计算，并与一维平面应变加载下铝的实验结果进行了比较.结果表明，修正的SCG模型与实验结果较为符合.在10—80GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增加而逐渐增大，这是由于压力的影响占主要地位，发生了加工硬化.在80—125GPa的压力范围下，剪切模量随冲击压力的增大快速减小，这是因为温度的影响比较严重，发生了高温软化现象.剪切模量最终在冲击压力为125GPa处趋于零，这是由于在该压力点冲击熔化发生，剪切强度消失. 关键词： 剪切模量 Steinberg-Cochran-Guinan模型 有限应变理论 铝