HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型

进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。     

TATB基非均质炸药预冲击减敏的数值模拟

为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究,将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数,通过一维冲击起爆的模拟,标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验,结果表明,受预压缩区域的炸药反应变慢,到爆轰距离增长了约1 mm,与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时,爆轰波经过拐角后,在拐角附近形成稳定的不起爆区域,与主要成分相同的LX-17炸药的拐角效应实验的死区特征相符。数值模拟结果表明,基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型可以较好地模拟非均质炸药预冲击减敏问题。     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

混凝土薄板的侵彻破坏响应实验

通过实验研究了混凝土薄板的侵彻响应,讨论了混凝土侵彻问题研究的理论模型和数值模型应注 意的几个问题。实验研究中,采用应变片、加速度计和高速摄影测试和记录了侵彻过程中混凝土薄板的力学 响应过程。实验结果表明,边界不仅是应力波反射的主要影响因素,而且还是结构整体冲击响应和破坏的主 要因素。通过综合分析实验数据,建立了混凝土薄板侵彻分析的三阶段力学模型:侵彻初期必须计及应力波 的影响,随着侵彻的深入,应力波的作用逐渐减弱直至消失,碎块的惯性运动逐渐加强,后期主要是残块在惯 性作用下的运动。     

梯恩梯/黑索今(35/65)炸药的反应速率函数

本文采用Lagrange分析方法和冲击引爆实验数据研究了TNT/RDX(35/65)炸药的反应速率函数。在冲击压力4.69GPa(持续时间约1s)的作用下,采用F4/203A型锰铜压力计测量了样品内六个不同Lagrange位置上的压力历史。以此作为输入量,采用Lagrange分析方法计算了反应流场中的速度、密度和比内能历史。根据这些结果,再使用HOM、JWL和律爆轰产物状态方程计算了反应进程和反应速率。在此基础上采用最小二乘法拟合了Forest Fire和Cochran点火-成长速率函数中的待定系数。考察了不同产物状态方程对这些系数的影响。用HOM和JWL方程得到的速率函数,基本一致,但用律方程得到的速率比前两者低,这是由于在反应区中有明显熵增的缘故。在较高压力下,本文给出的Forest Fire速率同Mader依据POP关系和反应Hugoniot算出的Comp.B炸药的结果有一定差别。使用得到的这两种速率函数进行了一维数值模拟计算,计算结果同实验基本一致。     

一种与爆轰参数封闭的JWL方程参数确定方法

利用数值模拟和理论计算分析了炸药JWL状态方程参数与爆轰参数封闭的重要性；获得了利用圆筒实验测试结果计算炸药爆轰产物绝热等熵指数和爆压的方法；建立了与爆轰参数封闭的JWL状态方程参数的确定方法，并依据公布的圆筒实验数据，应用于两种典型炸药JWL状态方程参数的确定，获得的参数与炸药爆轰参数严格封闭，数值模拟结果与实验结果一致性好，表明炸药JWL参数确定方法合理可靠。     

RDX基PBX的做功能力及JWL状态方程参数确定

为研究RDX基PBX炸药的做功能力并确定其爆轰产物的JWL状态方程参数，对RDX基PBX炸药和TNT炸药进行?50 mm标准圆筒实验，获得了圆筒膨胀位移和速度的时程曲线，对比得出RDX基PBX炸药的做功能力明显高于TNT炸药；基于能量守恒对实验数据进行非线性拟合，得到2种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。TNT炸药的拟合参数和通过AUTODYN软件计算得到的结果符合较好；将采用上述方法得到的RDX基PBX炸药爆轰产物JWL状态方程参数用于数值模拟，计算结果与实验值吻合较好，符合数值模拟标定JWL状态方程参数的要求。     

低冲击下固体炸药延迟起爆(XDT)现象

设计了连续低冲击加载炸药的双隔板实验,采用X光透视摄影方法,观察到了JO 9159炸药延迟起爆(XDT)现象。采用非线性有限元方法对加载炸药实验的力学过程进行了数值模拟,分析了炸药延迟起爆机理和发生条件。结果表明,JO 9159炸药延迟起爆(XDT)现象的起爆时刻比正常冲击起爆(SDT)要滞后大约十几微秒以上,且发生有一定的随机性。对炸药重复冲击加载作用和炸药在加载作用下的敏化程度是控制XDT现象发生的主要因素。     

冲击载荷下炸药装药动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。在Ｐｅｒｚｙｎａ本 构模型的基础上，作了适当的补充和修正，将流动参数γ、弹性模量Ｅ均视为温度的函数，动态 有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。为模拟材料中不均匀性的影响，在 药柱中心引入一孔洞，有限元计算结果给出含孔洞药柱的粘塑性动态响应、药柱网格变形图以 及药柱等温线，可以清楚看出在孔洞附近区域有局部高温产生。本文的本构模型和计算方法对 于研究冲击载荷下炸药装药的力学响应以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好 的基础。     

冲击载荷下炸药装药动态响应的有限元分析及热点形成机理的数值模拟

对稳态温度场中受冲击载荷作用的炸药药柱进行了弹粘塑性分析。在Ｐｅｒｚｙｎａ本 构模型的基础上，作了适当的补充和修正，将流动参数、弹性模量Ｅ均视为温度的函数，动态 有限元计算结果表明，计算曲线和实验曲线有很好的近似。为模拟材料中不均匀性的影响，在 药柱中心引入一孔洞，有限元计算结果给出含孔洞药柱的粘塑性动态响应、药柱网格变形图以 及药柱等温线，可以清楚看出在孔洞附近区域有局部高温产生。本文的本构模型和计算方法对 于研究冲击载荷下炸药装药的力学响应以及炸药装药中热点形成机理的数值模拟提供了良好 的基础。     

6061-T6铝合金动态拉伸本构关系及失效行为

采用HMH-206高速材料试验机开展了6061-T6铝合金在0.001～100 s?1应变率范围内的静、动态拉伸力学性能实验,分析了其应力-应变响应特征和应变率敏感性,讨论了应变率对6061-T6铝合金流动应力和应变率敏感性指数的影响,并基于实验结果对Johnson-Cook本构模型进行了修正。结合缺口试件的实验结果和模拟数据,得到了材料的Johnson-Cook失效模型参数,并对模型的准确性和适用性进行了验证。结果表明,在拉伸载荷作用下,6061-T6铝合金表现出明显的应变硬化特征和应变率敏感性,其流动应力随应变率的升高而提高,修正的Johnson-Cook本构模型可以描述材料的动态塑性流动行为,建立的Johnson-Cook失效模型能够表征材料的断裂失效行为。     

修正金属本构模型在超高速撞击模拟中的应用

为更加准确地计算93钨合金弹超高速撞击Q345钢板问题,构建了修正的金属本构模型。引入GRAY三相物态方程描述材料相态变化,采用Johnson-Cook强度模型描述撞击后期材料的力学行为。结合封加波损伤演化模型以及Johnson-Cook失效模型描述不同应力三轴度下材料的拉伸、剪切失效行为;引入曹祥提出的断裂演化模型,描述材料失效后应力归零的过程。通过对比超高速撞击数值模拟结果与实验结果,验证了本构模型的适用性,并进一步分析了典型弹靶撞击条件下破片群的空间分布特征。研究结果表明:基于修正金属本构模型获得的超高速撞击靶板穿孔直径、弹体侵蚀长度、破片群扩展速度结果与实验结果一致;GRAY三相物态方程能够相对准确地给出弹体撞击首层靶板以及剩余弹体、破片群撞击第2层靶板时弹靶材料的熔化情况;封加波损伤演化模型能够准确判断超高速撞击过程中靶板是否产生层裂破坏;综合封加波损伤演化模型、Johnson-Cook失效模型以及曹祥提出的断裂演化模型后,数值模拟获得的破片群撞击后效靶板的穿孔面积与累积数量的统计曲线结果与实验结果一致;获得了典型条件下的柱形93钨弹体超高速撞击Q345靶板破片群空间分布结果,破片群的前端具有较高的质量、轴向动量以及横向动量（绝对值）。     

DYNAMIC MECHANICAL BEHAVIOR OF 6061 AL ALLOY AT ELEVATED TEMPERATURES AND DIFFERENT STRAIN RATES

The compressive stress-strain relationships of 6061Al alloy over wide temperatures and strain rates are investigated. The dynamic impact experiments are performed using an improved high temperature split Hopkinson pressure bar apparatus. The experimental results are compared with those obtained by the modified Johnson-Cook constitutive model. It is found that the dynamic mechanical behavior depends sensitively on temperature under relatively low strain rates or on strain rate at relatively high temperatures. The good agreement indicates that it is valid to adopt the parameter identification method and the constitutive model to describe and predict the mechanical response of materials.     

5A06铝合金的动态本构关系实验

运用材料试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对3种不同加工及热处理状态的5A06铝合金在常温~500 C、应变率为10-4~103 s-1 下的力学行为进行了实验研究。基于Johnson-Cook (JC) 本构模型，通过实验数据拟合得到了每种状态下材料的本构模型参量。对Johnson-Cook本构模型中的应变率强化项作了修正，修正后的Johnson-Cook本构模型与实验数据基本吻合，从而确立了3种状态下5A06铝合金的动态本构关系。     

高氮奥氏体不锈钢高温动态响应特性及本构关系

在293~873 K的环境下，采用分离式霍普金森杆装置对高氮钢试样进行了102~103 s-1应变率下的动态加载实验。结合准静态实验结果，分析了应变率和温度对材料塑性流动特性的影响。结果表明:高氮钢的动态力学行为具有很强的应变率敏感性和温度敏感性。当应变率达到400 s-1或更高时，流动应力随应变率的增加显著升高；在同一应变率下，流动应力随温度的降低明显升高。研究了温度和应变率耦合效应对材料塑性行为的影响，得出温度软化效应在高氮钢高温动态塑性变形中起主导作用。基于经典的Johnson-Cook（J-C）模型，通过对实验数据的分析，得出了高氮钢材料的修正J-C本构方程，经验证修正J-C方程预测结果与实验结果吻合。     

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。     

填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏

采用一种计及三轴因子的损伤模型,以本构关系的内变量理论为基础得到了热塑性本构关系的普适显武表达式;得到了改进的Johnson-Cook本构模型的增量形式; 考虑温度和损伤对材料参数的影响,计入温度和损伤对材料塑性变形发展的耦合作用,给出完备的计算方程组;用Lagrange显示差分的方法对填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏进行了数值模拟,并对结果进行分析,与实验结果进行了比较.     

宽应变率范围下2A16-T4铝合金动态力学性能

为了研究2A16-T4铝合金的动态力学性能，利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机及霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温下准静态、中应变率和高应变率的动态力学性能实验，得到不同应变率下的应力应变曲线，基于修正的Johnson-Cook本构模型对它进行拟合，并分析材料中应变率力学特性对模型应变率敏感参量的影响。结果表明:2A16-T4铝合金在应变率10-4~102 s-1范围内应变率敏感性较弱，而在102~103 s-1范围内应变率敏感性较强，且应变率强化效应随塑性应变的增大而减小；同时，在10-4~103 s-1范围内具有较强的应变硬化效应，且应变硬化效应随应变率的增大而减小；此外，修正Johnson-Cook本构模型的拟合结果与实验结果吻合很好，能够很好表征材料的动态力学行为，且考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性。     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的动态力学性能及其本构关系

为了开展激光选区熔化（SLM）增材制造钛合金的动态力学性能研究,分别采用热模拟材料试验机、分离式霍普金森压杆装置对激光选区熔化钛合金在不同温度下进行了准静态和动态压缩实验,并基于实验结果拟合Johnson-Cook本构模型,同时对钛合金在高温、高应变率下的力学行为进行了有限元模拟。结果表明,相对于铸造或锻造钛合金,激光选区熔化钛合金具有更细小、均匀的组织,使其屈服强度有明显的提升,且表现出明显的应变率强化效应和热软化效应。有限元模拟结果与实验有着较高的重合度,进一步验证了本构参数的有效性,为扩大激光选区熔化技术及其产品的应用提供了理论基础。     

COMP．B复合炸药动态力学性能和塑性流动本构关系的研究

利用自制的含能材料动态变温三轴压缩实验装置，采用准静态应变速率（１０－４／ｓ）和中等应变速率（３／ｓ），对国产复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ进行了三轴压缩实验．测试了Ｃｏｍｐ．Ｂ在不同温度、不同应变速率条件下的杨氏模量Ｅ，泊松比ν和屈服强度Ｙ．实验结果表明，Ｃｏｍｐ．Ｂ具有明显的应变率相关和热软化效应．基于热激活模型，作了适当的改进，根据实验数据建立了含能材料塑性流动模型，分析表明该模型能合理地描述率相关材料的塑性流动，同时考虑了应变率和温度对塑性流动的影响．这些基础研究为含能材料动态力学性能的研究和炸药早爆机理的理论分析提供了依据