一种研究炸药反应阈值的新方法

应用火药炮发射飞片产生低冲击压力的加载方法,采用组合式电磁粒子速度计测量不同加载压力情况下的炸药内部粒子速度,发展了一种用粒子速度与加载压力关系分析炸药反应阈值的新方法,获得了低冲击作用下JOB-9003炸药的反应阈值。研究表明,JOB-9003炸药的化学反应阈值和点火阈值分别为1.33GPa和1.87GPa,炸药的反应阈值与厚度无关。该研究方法为炸药安全性的研究提供了一些新的思路,研究结果可以为炸药安全性评估提供有益的参考。     

基于PDV的JOB-9003炸药爆轰反应区测量

炸药的反应区数据对爆轰过程的精密建模具有重要意义，为了得到JOB-9003炸药的反应区信息，采用光子多普勒测速仪（PDV）对JOB-9003炸药的爆轰反应区进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药，在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药一维稳态爆轰时的界面粒子速度，测试过程的时间分辨率小于1 ns，测速相对不确定度小于2%。通过读取界面粒子速度时程曲线的拐点来确定CJ点，根据阻抗匹配公式计算炸药的CJ压力。研究结果表明，JOB-9003炸药界面粒子速度时程曲线上存在较为明显的拐点，JOB-9003炸药的化学反应时间为（11±2）ns，对应的化学反应区宽度为（0.075±0.014）mm，JOB-9003炸药的CJ爆压为（35.6±0.9）GPa，冯诺依曼（Von Neumann）峰处的压力为（47.9±1.2）GPa。     

用组合式电磁粒子速度计研究JOB-9003炸药的冲击起爆过程

用组合式电磁粒子速度计研究了JOB-9003炸药在不同冲击压力下的起爆过程。粒子速度计所测波形较好地反映出了炸药中冲击波向爆轰波的转变过程。对冲击波跟踪器所测波形的分析表明,冲击压力为4.9 GPa时,JOB-9003炸药冲击转爆轰的距离和时间分别为xD=6.06 mm和tD=1.13 s,当冲击压力增加到 5.8 GPa时,转爆轰的距离和时间减小为xD=5.66 mm和tD=1.01 s。     

TATB基钝感炸药JB-9014的冲击起爆反应增长规律

采用铝基组合式电磁粒子速度计技术，通过一维平面冲击实验研究了JB-9014炸药的冲击起爆反应增长规律，获得了11.33～14.18 GPa不同初始入射冲击压力下JB-9014炸药撞击界面及其内部不同深度处冲击前沿的波后粒子速度，进而得到粒子速度-时间波剖面图，并拟合得到未反应JB-9014炸药的Hugoniot关系。此外，根据冲击波跟踪器所测波形获得了不同冲击压力下的到爆轰时间及距离。     

低冲击作用下JO-9159炸药的反应阈值

设计了改进的隔板实验装置,采用PVDF压力计测量受试炸药的入射压力,利用高速分幅相机得到炸药自由表面发展变化过程.通过分析计算得到入射压力与自由表面粒子速度之间的关系,并与未反应炸药计算的自由面粒子速度进行了比较,得到JO-9159炸药在低冲击作用下的化学反应阈值和点火阈值分别为1.13和1.98 GPa.     

JOB-9003和JB-9014炸药平面爆轰驱动飞片的对比研究

采用双灵敏度激光速度干涉仪(VISAR)测量了JOB-9003和JB-9014两种炸药平面一维爆轰驱动飞片的速度历史,比较了二者的做功能力;并用DYNA2D程序进行了数值模拟。在有JO-9159炸药的条件下,实验和计算结果表明,JB-9014炸药的做功能力可以达到JOB-9003炸药的75.0%;无JO-9159炸药条件下的计算结果表明,JB-9014炸药的做功能力约为JOB-9003炸药的71.2%     

大药片落锤撞击感度研究

设计建立了一种炸药大药片撞击感度试验方法,落锤质量为20 kg、落高度为0~15 m,对规格20 mm5 mm、重约2.8 g的大药片进行撞击感度测试。试验测试了两种典型炸药Tetryl和JOB-9003炸药的落锤撞击感度,落锤撞击Tetryl炸药和JOB-9003炸药的爆炸阈值落高分别约3.5 m和6.5 m。对落锤撞击JOB-9003炸药样品的过程进行了数值计算,计算结果与试验值相符。试验结果表明,该试验方法可以测量炸药的落锤撞击感度。     

基于多普勒测速技术的JB-9014炸药反应区结构研究

为了解TATB基JB-9014炸药的爆轰过程,利用火炮驱动飞片加载,采用光子多普勒测速技术,对JB-9014炸药的爆轰反应区结构进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药,在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药爆轰时的界面粒子速度,测试过程的时间分辨率小于2 ns。将粒子速度剖面对时间进行一阶求导,通过一阶导数的拐点来确定炸药反应区宽度、反应时间。研究结果表明,钝感炸药JB-9014的反应时间为（0.26±0.02）μs,对应的化学反应区宽度为（1.5±0.2）mm,反应结束点处的压力为27.3 GPa,von Neumann峰处压力为40.3 GPa。     

RDX基含铝炸药爆轰波结构实验研究

为了获得含铝炸药爆轰反应区附近铝粉的反应情况,对两种RDX/Al炸药和一种RDX/LiF炸药的爆轰波结构进行了测量。实验过程中,利用火炮加载产生一维平面波,通过光子多普勒测速仪测量炸药/LiF窗口的界面粒子速度。结果表明:含铝炸药爆轰波的结构与理想炸药的差异较大,其界面粒子速度曲线没有明显的拐点;反应初期,由于气相产物与添加物之间温度的非平衡性,RDX/Al界面的粒子速度低于RDX/LiF炸药的;随后,由于铝粉反应放能,RDX/Al界面的粒子速度高于RDX/LiF炸药的;微米尺度铝粉在CJ面前几乎不发生反应;2、10 μm等两种粒度铝粉的反应延滞时间小于0.8 μs;在本文中,两种粒度铝粉的反应度为16%~31%。     

基于反向撞击法的JB-9014炸药Hugoniot关系测量

为了获得JB-9014未反应炸药的Hugoniot关系，在火炮加载平台上利用反向撞击技术对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。将JB-9014炸药样品作为飞片安装于弹托前表面，将镀膜氟化锂窗口作为装置靶。利用火炮加速弹托，使炸药样品以一定速度撞击镀膜氟化锂窗口，通过光子多普勒测速仪(photonic Doppler velocimetry，PDV)测量炸药样品击靶速度以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。最终根据冲击波阵面守恒关系计算获得了JB-9014炸药冲击Hugoniot数据，采用正交回归直线拟合得到了炸药样品在3.1～8.2 GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系:D_s=2.417+2.140u_s (D_s和u_s的单位均为km/s)。结果表明:该方法测试精度较高，响应时间快(小于5 ns)，同时该方法可以对炸药的反应情况进行检测，便于判断实验是否测得真实的未反应炸药冲击Hugoniot数据。     

凝聚炸药的短脉冲冲击起爆

本文介绍了利用电炮研究两种凝聚炸药（TNT/RDX=35/65和PBH-9）的短脉冲冲击起爆的实验结果。炸药样品为直径20mm,长度分别为3.0、5.0、10.0mm的圆柱及楔形药块。在所研究的实验条件下,当药柱长度大于5.0mm时,两种炸药的起爆判据可用p?=常数描述。当药柱长度小于3.0mm时,撞击飞片的阈值速度明显增加。我们还观测了飞片直径对起爆阈值速度的影响,用楔形药块观测了不同加载条件下的到爆轰时间和距离。     

几种常用炸药的爆压与爆轰反应区精密测量

为了获得几种常用炸药的爆压和反应区宽度数据,采用激光干涉测试技术对TNT、PETN、RDX、HMX、TATB和CL-20炸药的稳态爆轰波界面粒子速度进行了测试,获得了高精度的界面粒子速度时程曲线,利用阻抗匹配公式计算得到了炸药的爆压。结果表明:PETN、RDX、HMX和CL-20等理想炸药的界面粒子速度曲线存在较明显的拐点,爆轰反应区较窄,反应时间为7~15 ns。TNT和TATB炸药由于存在碳凝聚慢反应过程,界面粒子速度曲线没有明显的拐点,爆轰反应时间分别为（100±15） ns和（255±20） ns。初步的不确定度分析表明,激光干涉法测试爆压的相对扩展不确定度为4.4%（包含因子k=2）。     

JOB-9003的动态性能实验

对JOB-9003进行了SHPB压杆实验和逆向Taylor柱实验,研究其在冲击载荷下的动态特性,为进行JOB-9003的本构模型研究提供实验数据基础。通过对SHPB实验获得的应力应变曲线分析得出:在中低应变率范围,JOB-9003应变率对应力的影响成线性关系。通过对逆向Taylor柱实验获得的变形照片分析,发现破坏损伤对材料的力学性能影响显著,不可忽略。利用Taylor实验的结果对SHPB实验中获得的本构模型进行校核,发现该本构模型并不能准确描述处于高应变率下的材料压缩变形。     

45钢柱壳爆炸膨胀断裂的SPH模拟分析

金属柱壳爆炸膨胀断裂存在拉伸、剪切及拉剪混合等多种断裂模式,目前其物理机制及影响因素还不清晰。本文中采用光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics, SPH）对45钢柱壳在JOB-9003及RHT-901不同装药条件下的外爆实验进行了数值模拟,探讨柱壳在不同装药条件下发生的剪切断裂、拉剪混合断裂模式及其演化过程,模拟结果与实验结果一致。SPH数值模拟结果表明:在爆炸加载阶段,随着冲击波在柱壳内、外壁间来回反射形成二次塑性区,沿柱壳壁厚等效塑性应变演化呈凸形分布,壁厚中部区域等效塑性应变较内、外壁大;在较高爆炸压力（JOB-9003）作用下,柱壳断裂发生在爆轰波加载阶段,损伤裂纹从塑性应变积累较大的壁厚中部开始沿剪切方向向内、外壁扩展,形成剪切型断裂模式;而在RHT-901空心炸药加载下,虽然裂纹仍从壁厚中部开始沿剪切方向扩展,但随后柱壳进入自由膨胀阶段,未断区域处于拉伸应力状态,柱壳局部发生结构失稳,形成类似“颈缩”现象,裂纹从剪切方向转向沿颈缩区向外扩展,呈现拉剪混合断裂模式。拉伸裂纹占截面的比例与柱壳结构失稳时刻相关。可见,柱壳断裂演化是一个爆炸冲击波与柱壳结构相互作用的过程,不能简单将其作为一系列膨胀拉伸环处理。