单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的热效应研究

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体。可以利用飞秒激光对含能材料或含能元器件进行精密加工。深入认识飞秒激光烧蚀炸药过程中，炸药内部的热效应是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。建立了单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的流固耦合计算模型，考虑了在高温高压等离子体和炸药自热反应的共同作用下，炸药内部的热效应。对飞秒激光烧蚀TNT炸药过程进行了流体力学数值模拟。计算结果表明:TNT炸药中未烧蚀区域产生了热效应，峰值温度高于TNT炸药的点火温度，但由于炸药内热效应区域极小，高温持续时间极短，因此炸药内温度迅速下降，没有发生点火现象。     

用原位漫反射红外光谱研究升温速率对HMX炸药热分解过程的影响

传统研究材料热稳定性的方法包括热失重（TG）（热介电法、热电阻）、真空安定性（VST）、差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC）等。其中，TG是测量炸药重量变化与温度的函数关系，ST是测量真空状态下炸药热分解所产生的气体量，DTA和DSC是测量炸药在不同温度下，由于发生相变所表现出的变化（吸热或放热）。以上这些方法得到的是炸药热性质的宏观信息，而无法反映炸药在不同温度下的微观化学变化。原位红外光谱法是一种新兴的动态研究方法。该方法结合ir原位实时监控和红外光谱精确分析物质化学结构的优点，通过实时跟踪材料在不同温度下的化学变化，测定材料的微观结构与温度的关系。     

等静压、模压JOB-9003炸药件力学性能各向同异性

高聚物黏结炸药部件是通过不同成型工艺将造型粉压制成形再加工而成的。炸药的压制成形已有模压、半软半硬等静压到全软模等静压等不同成型工艺。在使用这些炸药部件以及对这些炸药部件进行力学性能分析时，一般均假定其力学性能是各向同性的，但尚未进行过试验研究。本文在这些不同工艺成形的JOB-9003炸药部件上取样测试，以不同方向取样的拉伸和压缩强度随温度变化曲线之间的差异比较不同工艺间力学性能的各向同异性，不同取样方向的拉伸和压缩强度随温度变化曲线如图1-2所示。     

战斗部爆轰产物温度效应数值模拟

 利用BKW代码、JWL方程和LS-DYNA程序，研究了无约束、弱约束和强约束等三种战斗部约束条件下炸药爆轰产物密度随时间的变化关系，再结合爆轰产物HOM状态方程获得爆轰产物温度随时间的衰变函数。给出了战斗部爆轰产物温度的理论计算方法。研究表明，爆轰区内爆轰产物温度及其衰减速率并不均匀，战斗部炸药的约束条件对爆轰产物密度和温度有重要影响，强约束可以延缓爆轰产物密度和温度的衰减，相同情况下仅战斗部壳体厚度加倍并不会导致爆轰产物密度和温度的衰减情况同比例变化。     

冲击作用下非均质炸药热点形成的离散元方法

用离散元方法模拟以HMX为基的塑料粘结炸药与HMX颗粒炸药在冲击载荷作用下的细观响应过程.结果表明对于HMX颗粒炸药,炸药颗粒界面处的温度及压力远高于颗粒内部;对于HMX为基的塑料粘结炸药,粘结剂处的温度及压力亦高于颗粒内部;两种冲击响应过程的对比分析表明,粘结剂有效地降低了炸药颗粒边界处的温度及压力.     

气流对飞秒激光加工炸药装药过程的热安全性影响分析

由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点,在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时,极有可能在炸药内形成热累积,从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应,人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下,炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化,建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型,对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下,飞秒激光加工奥克托今（HMX）炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明：单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流,导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动,加重了烧蚀产物对炸药的热影响;双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流,从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面,有效降低了炸药的温度,提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。     

光电法研究JO-9159炸药反应区宽度

采用光电法研究炸药反应区结构的实验装置如图1所示，炸药装置用平面波透镜起爆。为了屏蔽炸药爆轰发光，在炸药样品和窗口材料氯仿之间用0．01mm厚的铜箔隔开。然后用硅油将铜箔紧紧地贴在被测样品的表面，其目的是避免炸药样品与铜箔之间有空气隙存在，以免其影响测试精度。为了防止氯仿的渗漏，在铝套筒和炸药样品之间用真空油脂密封。光纤一端直接插入装置之中，另一端和高温计的各通道相连。炸药爆轰后，在透明液体氯仿中产生冲击波，在冲击波作用下液体发光，光纤和光电倍增管将光信号转变为电信号，记录在示波器上，计算得到氯仿中的冲击波温度随时间的变化曲线。     

光谱频移的炸药熔铸温度网络监测系统研究

为了准确、稳定、全面地获得炸药熔铸过程各个位置的温度变化情况,设计了基于布喇格光栅光谱频移的温度实时监测系统。通过光纤组网系统对炸药熔铸过程炸药指定位置的多个点同时进行实时温度监测,根据光栅的布喇格波长与光栅温度之间存在的线性关系,建立光栅布喇格波长线性频移与光栅温度的函数,获取炸药不同位置的准确温度。四个通道通过耦合器共用同一个宽带光源,每一根光纤上的5个光栅的布喇格波长相互分开。实验所用的光栅为自己设计封装好的光栅,用保偏熔接机将光栅与光纤熔接上,经解调仪获取温度数据。将获取的温度数据经Origin处理绘制时间―温度曲线。结果显示,布喇格光栅测得的温度能很好的满足实验要求。     

基于光纤布拉格光栅的浇注炸药固化温度监测

首次采用光纤Bragg光栅实时测量浇注炸药在固化成型过程中固化剂与粘结剂的反应放热量。为了实时、准确的测量出浇注炸药在固化过程中的温度值,设计了基于光纤布拉格光栅的组网式温度监测系统。鉴于炸药成分的危险性、以及浇注炸药固化过程时间长、对条件要求恒温的特殊性,直接的实时监测一直未找到合适的测量方法。近年来,光纤布拉格光栅由于其优越的特点,在通信和传感领域得到广泛应用。利用光纤光栅与温度之间的线性关系,将采集的光栅反射波长值换算为温度实时显示。通过波分复用技术在两根光纤上写入7个光栅点同时测量,多点分布式测量可以将炸药内部温度的分布趋势显示出来。封装的光栅传感器采用90°弯曲设计,不仅改进了传感器与跳线的连接,同时有利于装入烘箱内。Origin软件将txt数据绘制成曲线图形式,将固化过程温度的变化直观明了的显示出来。结果表明,该方法操作简单,精确度高,满足炸药固化过程中对温度的测试需求。     

基于三维离散元方法研究热点的位置和温度对奥克托今颗粒点火燃烧的影响

炸药的点火燃烧特性与炸药的安全和使用密切相关,其一直是研究者重点关注的问题之一.普遍认为,凝聚炸药起爆的关键是热点.基于此,本文采用三维离散元方法,以奥克托今(HMX)颗粒为研究对象,探究了HMX颗粒中不同位置和初始温度的热点对其燃烧过程的影响.结果发现,热点的不同初始温度和位置都会对HMX炸药颗粒的燃烧特性造成影响.由于处于炸药内部分散位置的热点表面积较大,其相比集中的热点更有利于HMX炸药颗粒的起爆.并且研究发现,并不是热点的温度越高越有利于炸药的起爆,这也取决于炸药颗粒的含量.本文的研究工作对炸药的实验研究以及军事应用提供了一定的参考.     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

JB-9014炸药模压成型的密度影响因素

JB-9014属于钝感高能炸药，其压制成型具有成型温度高，药柱回弹量大的特点，药柱密度及其稳定性是成型的关键技术之一。试验采用原材料为所内生产的JB-9014炸药造型粉，分别用2，0．5，0．2kt油压机压制所需的各种规格的药柱。     

未反应JB-9014炸药的状态方程

JB-9014炸药是以TATB为基的塑料粘结炸药，含95％的TATB和5％的粘结剂。由于其突出的安全性及由此引起的非理想爆轰行为引起人们特殊的关注。近来，由于Pascal Vinet等人发展的统一状态方程已被成功用于一系列的元素、金属、合金和塑料。但或多或少，这不是一个完全的状态方程。为了发展一个完全的状态方程，热力学数据是必须的，特别是定容比热Cv。通常，Cv可以是温度的函数，并在高温下趋于常数，因此Cv可以表示为温度倒数的多项式。基于此，     

缓释结构对B炸药烤燃响应烈度的影响

为了研究装药在缓释结构作用下的响应特性,设计了弹药烤燃系统及弹体泄压装置,分析了B炸药在热刺激作用下泄压装置对响应烈度的影响,得到了B炸药在泄压结构作用下的升温曲线与响应结果。结果表明,无泄压孔时,装药的响应等级为爆轰反应,装药的响应温度较低,响应时间较短。泄压孔面积为装药面积的2.0%时,装药的响应等级为爆轰反应;泄压孔面积为装药面积的2.5%和3.5%时,装药的响应等级均为燃烧。弹药临近响应时刻冲开泄压孔,降低了炸药内部温度,延长了响应时间。通过数值模拟得到了装药内部温度的分布情况,响应时刻炸药温度呈层状分布,炸药响应点位于炸药顶部。RDX的分解放热是B炸药点火的主要原因。弹药泄压结构可以有效降低弹药响应的剧烈程度,提高装药的热安全性。     

温压炸药爆炸瞬态多光谱真温高温计的研究（英文）

温压炸药爆炸温度高且具有较强的破坏力,因而使其爆炸温度测试较为困难。为有效评估温压炸药的热温度毁伤效力,将多光谱温度测量系统应用到温压炸药瞬态高温测试中,利用二次测量法计算出爆炸火焰的发射率与真温。在数据采集系统中结合光纤线传感技术,在确保参试人员的安全前提下,可在500m外测试仪器状态进行数据采集,实现了测量数据信息的远距离传递。测试结果表明,所设计的测量系统工作稳定、安全性高,具有良好的应用前景。     

温压炸药爆炸瞬态多光谱真温高温计的研究

温压炸药爆炸温度高且具有较强的破坏力,因而使其爆炸温度测试较为困难。为有效评估温压炸药的热温度毁伤效力,将多光谱温度测量系统应用到温压炸药瞬态高温测试中,利用二次测量法计算出爆炸火焰的发射率与真温。在数据采集系统中结合光纤线传感技术,在确保参试人员的安全前提下,可在500 m外测试仪器状态进行数据采集,实现了测量数据信息的远距离传递。测试结果表明,所设计的测量系统工作稳定、安全性高,具有良好的应用前景。     

爆轰法制备纳米TiO2及其参数控制

 采用偏钛酸与炸药混合进行爆轰合成，制备出晶粒尺寸在10 nm到60 nm之间的纳米TiO₂粉末。结合XRD、TEM、BET等表征手段，研究了纳米TiO₂的制备参数与其晶粒尺寸和晶相结构之间的关系。发现当炸药含量增加时，产物晶粒尺寸增大，同时晶相结构随炸药量的增加逐渐由低温的锐钛矿型和板钛矿型向高温的金红石型转变，爆轰温度在这种转变过程中起着极为重要的作用。     

激光辐照下金属／炸药温度场的计算

 用有限元模型分析了激光辐照下金属/炸药双层材料的温度分布,得到了炸药表面中心温升与激光强度、光斑尺寸以及激光作用时间的关系,还得到了激光对金属/炸药装置点火的初步规律,分析了亚音速气流的对流换热对靶面温度场的影响。     

炸药爆轰瞬态温度的光谱法测定

在双谱线原子发射光谱测温原理的基础上,设计了对炸药爆轰的瞬态温度进行实时测量的光纤光谱测试系统,利用光学纤维将炸药爆轰的光谱信号传入测光系统,用多通道数据采集器处理数据,系统的时间分辨率可高达0.1μs,所选择的两条谱线的波长分别为CuI 510.5和CuI 521.8nm,为炸药爆温的测量提供了一种简单有效的方法。利用该测温系统,通过对炸药爆轰光谱的测量,获得了实时瞬态爆轰温度-时间分布曲线。     

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态, 即它们的压力和温度相同, 利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架. 在此框架下, 炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成, 包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程, 易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系, 借助简单混合物理论, 其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定. 未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程, 化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型, 模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程. 计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性. 关键词： 炸药爆轰 本构模型 化学反应率方程 数值模拟