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。     

复合敏化乳化炸药的压力减敏

为了解敏化剂对乳化炸药压力减敏的影响,研究了化学发泡+空心玻璃微球和空心玻璃微球+膨胀珍珠岩2种复合方式分别敏化的乳化炸药压力减敏。依据乳化炸药爆炸冲击波的波峰值,计算了它在水下受到冲击波作用之后的压力减敏度,将复合敏化的乳化炸药与分别用单一敏化剂的乳化炸药压力减敏度作了比较和分析。结果表明,第1种复合方式敏化的乳化炸药压力减敏度介于单一敏化的乳化炸药之间,以10cm受压距离为例,压力减敏度分别为1.000、0.983、0.210;第2种复合敏化的乳化炸药压力减敏度小于单一敏化的乳化炸药,10cm受压距离的压力减敏度分别为0、0.274、0.618。分析认为,敏化剂颗粒或气泡的破损与其微界面周围局部破乳的综合作用是造成乳化炸药压力减敏的主要原因。     

乳化炸药铁板凹槽弯曲装药的实验研究

用铁板凹槽装填乳化炸药,通过离子探针法测得不同装药截面积和不同装药曲率条件下乳化炸药爆炸传播速度,分析弯曲装药条件下装药直径和装药曲率对爆轰波在乳化炸药中传播速度的影响。结果表明,爆轰波传播速度随着装药直径的二次方和曲率半径的减小而线性衰减,当装药直径或曲率半径小到某一临界值时其爆轰反应中止。通过大量实验数据计算得到乳化炸药特定曲率半径和装药直径条件下的爆轰波传播速度计算的经验公式。     

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。

     

冲击波作用下乳化炸药压力减敏的表征方法

引入一个新的物理量压力减敏程度,来更合理地表征乳化炸药发生压力减敏的难易程度,为研究其作用机理提供量化的分析工具。分别利用乳化炸药发生压力减敏前后的爆炸冲击波峰压及其对数、冲击波能量和总能量计算压力减敏程度,比较并分析计算结果的优劣。结果表明,几个参数计算的结果都能达到相近的效果,用冲击波峰压计算起来简单方便,冲击波能量计算效果较好。用冲击波参数计算的压力减敏程度能够反映乳化炸药压力减敏的本质,建议采用冲击波峰压计算压力减敏程度,在数值差别不明显时采用冲击波能量来计算。     

一类爆轰合成用乳化炸药的爆轰反应特征

结合热分解特性、爆轰产物状态及数值计算探讨所制备的含Fe、Mn(Zn)元素乳化炸药的爆轰反应特征。对该系列乳化炸药及其爆轰产物分别进行DSC和DTG实验、XRD检测和TEM 表征,通过比较不同类型炸药及其爆轰产物的热分解特征、爆轰产物的成分和形貌、晶型畸变度等研究该类炸药爆轰反应特征;并通过数值计算研究和佐证了不同温度和压强状态下,爆轰固体产物可能存在状态。结果表明:硝酸铵有利于炸药爆轰时形成相对比较均匀和平稳的爆轰反应结构,而这种结构有利于可重复性合成比较单一和均匀的爆轰产物。高密度炸药的爆轰产物比低密度炸药的相对纯净。低密度炸药不完全爆轰,导致了爆轰产物杂质较多;数值计算结果表明,爆轰固体产物分布相图可以辅助分析爆轰固体产物可能存在状态及Mn(Zn)的爆轰合成机制。     

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 kPa时,火球在19.35 μs时破裂,而当真空度为100 kPa时,火球在58.05 μs才开始破裂;低初始真空度对火球温度影响较小,而60 kPa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 kPa时,爆炸噪声的声压级降低了35.9 dB,降幅为29.8%。     

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。     

乳化炸药密度对其压力减敏的影响

在相同的乳胶基质内分别添加2%、3%、4%、5%的空心玻璃微球,2%、3%、4%、5%的膨胀珍珠岩和0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的化学发泡剂制备了3组乳化炸药。测试了各组乳化炸药未受压时和受冲击波动态压缩作用之后的水下爆炸冲击波,以波峰值计算他们的压力减敏度。比较了各组乳化炸药的压力减敏度大小,分析了密度对乳化炸药压力减敏的影响。结果表明:密度较大的乳化炸药压力减敏度较小,膨胀珍珠岩或化学发泡剂的添加量越大,乳化炸药越容易产生压力减敏作用;空心玻璃微球的添加量由2%增加到4%,乳化炸药的压力减敏度增加,但当空心玻璃微球的添加量由4%增加到5%后,乳化炸药的压力减敏度反而减小。密度对乳化炸药压力减敏影响的主要原因在于密度调整剂周围的乳胶基质破乳。     

粉状工业炸药配方设计的数学模型

论述了含C、H、O、N、Al元素的工业炸药配方设计数学模型的建构方法 ,研究了无梯硝铵炸药、铵梯油炸药和含铝铵梯油炸药配方设计及最优化的数学模型 ,给出了上述几种粉状工业炸药配方设计及最优化数学模型的计算结果。对用理论配方所制工业炸药的爆炸性能也进行了研究 ,以证实数学模型的可靠性。     

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响

以压装TNT为例,开展二维拉氏实验,利用二维锰铜-康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径向位置的压力时程曲线和径向位移曲线。同时利用二维拉格朗日分析计算程序RFLA 对压装TNT 的冲击波起爆过程进行了计算,分别得到了在2个不同径向位置上各个Lagrange位置上的质点速度、相对比容、比内能等时程曲线。研究结果展现了侧向稀疏波对非均质炸药冲击起爆过程中各个流场物理量的影响。     

炸药水中爆炸冲击因子的新型计算方法

针对水中爆炸冲击因子在近场范围内的一些不足,利用水中爆炸冲击波的最大峰值压力与正相冲量的乘积推导了冲击因子的表达式。通过水中爆炸实验,得到了几种典型炸药的冲击波参数及其相似方程。利用该公式计算了水中爆炸冲击因子及其装药指数,并与基于平面波的水下爆炸冲击因子进行了对比。结果表明：冲击因子中的装药指数n＝0.5不仅适合所有以TNT为基本组分的炸药,也适合于RDX、HMX基的炸药。在修正冲击波形状的基础上,由峰值压力与冲量的乘积推导的冲击因子计算公式,从冲击波的毁伤作用的角度表述了水中爆炸冲击因子的物理意义,在计算近场冲击因子时具有更高的准确性。

     

冲击地压时列建模的进化神经网络方法

考虑到冲击地压时序的特点,采用基于免疫进化规划的进化神经网络进行了冲击地压非线性系统的建模研究。并采用一个矿山实测得到的震级数列进行了进化神经网络方法的实用性验证,结果表明,进化神经网络不但模型拟合精度高,而且预测性能也较好。     

逐孔起爆震动参数预报的BP神经网络模型

根据神经网络理论,结合逐孔起爆技术的特点,建立了爆破震动参数预报的BP网络模型。以某矿山深孔台阶爆破为例,利用逐孔起爆过程中收集的原始资料和爆破震动监测数据,对建立的BP网络模型进行了训练和应用。与实测值比较后发现,BP网络模型的预报结果更接近实测值。     

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。     

计算钝感炸药爆轰过程的一种新反应率模型

根据钝感炸药爆轰过程中含有激化过程和慢反应,建立了一种新的反应率模型。与其他反应率模型相比,这种反应率模型可以应用于较粗的网格。在每厘米50个网格条件下,炸药驱动铝飞片和钽飞片的自由面计算结果与实验结果很接近。同时,应用此反应率模型计算了钝感炸药驱动LiF过程,在每厘米50个网格的条件下,炸药与LiF间速度的计算值同实验值接近,且误差随网格尺寸变小而变小。这些表明,此反应率模型能够在较粗的网格条件下,比较准确地描述钝感炸药驱动飞片过程,有利于在工程实际中应用。