多破片对柱壳装药冲击起爆速度阈值的数值模拟研究

为了研究实战环境中多个钨球破片对导弹战斗部（柱壳装药）的冲击起爆问题，采用AUTODYN-3D数值模拟软件，基于单破片撞击柱壳装药模型，建立多破片撞击柱壳装药的模型，开展了不同钨球个数、空间碰撞位置间隔（撞击角θ、轴向球心距l）及时间间隔对冲击起爆特性影响的数值模拟，获得了带壳B炸药的起爆速度阈值。结果表明:相同条件下，随着钨球个数的增加、空间碰撞位置间隔的减小，起爆速度阈值逐渐减小，6个钨球同时撞击的起爆速度阈值约为单个作用下的50%；双钨球作用下，柱壳装药相较于平板装药更难以起爆；双钨球间隔撞击柱壳装药时，起爆速度阈值均随着撞击时间间隔的增大而先减小后增大，最小起爆速度阈值约为同时撞击时的95%，且|θ₂|＜|θ₁| （θ₁为第1个钨球的撞击角，θ₂为第2个钨球的撞击角）时更容易起爆柱壳装药。     

壳装炸药殉爆实验和数值模拟

进行了壳装固黑铝炸药殉爆实验,通过观察残留炸药、壳体和见证板变形,判断被发炸药的爆炸情况,得到了炸药临界殉爆距离。建立了壳装炸药殉爆实验计算模型,采用非线性有限元计算方法,对壳装固黑铝炸药殉爆实验进行了数值模拟。计算中采用预设壳体单元破片方法描述主发炸药壳体破片的形成和破片对被发炸药的撞击起爆,炸药临界殉爆距离的计算结果与实验结果基本一致。主要是主发炸药中部的壳体破片撞击到被发炸药,被发炸药起爆位置也在装药中部。炸药壳体厚度主要影响破片速度和质量、被发炸药的防护性能,从而影响炸药临界殉爆距离。 更多还原     

垫层对破片冲击起爆带壳炸药影响的数值模拟

将战斗部简化为带钢壳和垫层的炸药组件,用3种不同厚度的材料作垫层,利用非线性有限元软件AUTODYN对高速破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟,得到了高速破片冲击起爆带壳带垫层炸药的波后压力剖面。对不同厚度多种材料作为垫层时带壳炸药的冲击到爆轰距离进行了对比分析,结果表明,通过控制垫层的材料和厚度,可以对破片冲击起爆带壳炸药进行有效抑制。研究结果对战斗部破片起爆的防护设计具有指导意义。     

偏心起爆对战斗部装药能量分配增益的影响

为研究不同方式的偏心起爆对炸药装药能量分配及增益的影响,建立了偏心起爆战斗部的计算模型,通过局部装填比这一变量,给出了偏心起爆战斗部破片的初速计算公式。采用数值模拟与试验验证结合的方法,对六分位条件下不同偏心起爆方式的破片速度增益和能量增益进行了对比,得出以中心起爆为基准,分别以邻位双线、连位三线、间位双线、偏心单线方式起爆,定向方位内破片的速度增益依次增大;邻位双线起爆时,目标方向破片速度增益达25.47%,定向区域破片动能占总能量的24.57%,能量增益超过40%。     

含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟

将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元LS -DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用“升降法”得到了该“含能破片”对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~16mm的带铝壳炸药。     

杆式弹对厚壁壳体装药冲击起爆机制模拟分析

为研究高速杆式弹冲击厚壁壳体装药的起爆机制,运用冲击物理显式欧拉型动力学SPEED软件,开展了不同弹径和弹长的钨合金杆式弹与厚壁壳体Comp-B装药相互作用过程的数值模拟,采用升降法获得弹体起爆装药临界着速及装药起爆位置变化。研究结果表明:弹体起爆装药临界着速随弹径增大而显著降低,随弹长增大呈先降低后平缓变化的规律;弹体以临界着速起爆装药时,存在2种装药起爆机制,即弹体贯穿壳体后的宏观剪切起爆和未贯穿壳体的低速冲击起爆,且其机制随弹体着速在临界着速以上继续提高会发生转变,最终均会转变为高速冲击起爆机制;装药起爆位置均发生在炸药壳体交界面后一定距离处,相同机制下此距离随弹体着速提高而减小。     

带隔板装药爆轰波马赫反射理论研究和数值模拟

基于三波理论和Whitham方法对带隔板装药爆轰波相互作用后发生的正规反射和非正规反射进行了理论分析,给出了爆轰波发生马赫反射时临界入射角和马赫杆增长角等参数的变化规律,提出了马赫杆高度的计算模型。基于凝聚炸药爆轰Jones-Wilkins-Lee(JWL)模型和冲击起爆的Lee-Tarver模型,利用有限元计算软件对带隔板装药爆轰波的传播过程进行了数值模拟。结果表明,发生马赫反射后,随着爆轰波的传播,马赫杆的高度不断增加。数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,说明本文中采用的理论模型和数值模拟方法能够较准确地描述带隔板装药爆轰波马赫反射的传播过程。     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

将壁厚为2.75mm、外径为100mm的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明:非接触爆炸条件下,壳壁迎爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确定了壳壁发生破裂的临界装药距离。     

夹层聚能装药作用过程的数值模拟

基于凝聚炸药冲击起爆的Lee-Tarver模型,利用AUTODYN有限元计算软件对夹层聚能装药作用过程进行了数值模拟。分别对夹层聚能装药爆轰波形传播过程及其特性参数进行了数值计算,对典型聚能装药采用单一结构装药、夹层装药的射流成型过程进行了数值研究,最后对不同爆速炸药匹配关系的夹层聚能装药射流参数进行了计算分析。计算结果表明,相对于单一结构装药,夹层装药射流头部速度提高了20%,夹层聚能装药能有效提高聚能金属射流头部速度、提高侵彻深度、增加炸药装药的作功能力。     

破片撞击装药点火实验和数值模拟

实验中采用升 降法得到了破片撞击装药点火的临界速度范围,数值模拟中采用节点约束 分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程描述了炸药的破坏行为和点火反应。实验结果与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,采用节点约束 分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程可以有效地描述装药在破片撞击作用下的破坏行为和点火反应。     

爆炸复合中起爆区不定常段的确定

对2岩石炸药的定常爆轰形成过程进行了实验研究;对起爆端稀疏波效应进行了计算。实验结果表明,距起爆端约10倍装药厚度以内为不定常爆轰区。距离起爆端小于5倍装药厚度时,飞板速度及碰撞角增幅较大,5～10倍装药厚度,两者增幅趋缓,10倍装药厚度以后,爆速、飞板速度及碰撞角逐步进入定常状态。飞板碰撞角的工程计算与实验结果的一致性较好。     

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄ）０，以及渐近状态下爆轰波与药柱边界的夹角。     

孔内起爆位置对爆破振动场分布的影响作用规律

岩石钻孔爆破中,孔内起爆位置决定炸药爆轰波的传播方向,进而影响爆破振动场的分布。通过分析柱状药包爆轰产物和爆炸能量的分配及其爆炸应力场的分布,揭示了起爆位置的影响作用机理;基于Heelan短柱解延长药包叠加计算模型,比较分析了不同起爆位置下爆破振动场的分布规律,并结合现场实验,验证了起爆位置对爆破振动场分布的调节作用效果。结果表明:起爆位置的影响作用机理在于柱状药包爆炸能量的轴向不均匀分配和爆破振动场叠加的相位延迟效应;孔内起爆位置对爆破振动场的分布起调节作用,爆破振动沿爆轰波传播正向叠加增强,且爆破振动场分布的不均匀性受药包长度和炸药爆轰速度的调控;对于常见的几种起爆方式,现场实验统计结果显示,底部起爆时地表爆破振动峰值最大,中部起爆次之,上部起爆最小,且爆破振动差异性随炮孔深度的增加而增大,但振动差异会随距离逐渐消减。     

聚奥-9C装药的传爆管殉爆

为了研究冲击波作用下引信传爆装置的响应规律,进行了以主发炸药为RDX-8701、被发装置为聚奥-9C（JO-9C）装药的传爆管（含导爆药柱）的殉爆实验。通过观测残留传爆药、壳体和见证块变形,判断传爆管的爆炸程度,分析了殉爆过程中JO-9C爆轰波的成长历程及传播规律。采用AUTODYN软件建立了殉爆实验有限元模型,计算模型中主要考虑了主发炸药产生的爆炸冲击波对传爆管的冲击响应。基于流固耦合方法,通过调整距离模拟计算得到了传爆管的临界殉爆距离和殉爆安全距离。结果表明,传爆管上端的侧角受到爆炸冲击后产生的爆轰波沿斜下方传播,使传爆药柱完全爆轰,并引起导爆药柱发生殉爆;数值模拟结果显示,JO-9C装药的传爆管临界殉爆距离为5.7 mm,殉爆安全距离为8.8 mm。     

计算CHNO和CHNOAl炸药爆速的一种新方法

基于理想混合炸药模型的概念,提出一种计算混合炸药爆速的新方法,并构造空气和铝粉与炸药组分相关的特征爆速关系式。对装药密度大于最大理论密度85%的26种CHNO类混合炸药、13种CNNO类单质炸药、25种含铝炸药进行计算,爆速的计算值与实验值吻合较好,平均相对误差为0.01%,相关系数为0.961 5。通过数据分析,新方法优于Urizar方法和Kamlet方法。新方法是一种计算CHNO类和CHNOAl炸药爆速的可靠方法,对新型混合炸药的研究具有一定指导意义。     

圆柱壳体装药偏心多点起爆下破片速度的分布

针对偏心起爆战斗部破片速度增益的问题,提出爆轰波碰撞形成马赫超压是引起破片速度增加的原因。利用AUTODYN软件,模拟偏心起爆战斗部从壳体径向膨胀、表面产生裂纹到最后形成破片的整个过程,并将模拟得到的破片速度与实验数据对比,两者吻合较好;简化Whitham方法并结合Gurney速度公式得到偏心起爆战斗部定向破片速度和定向区域的计算方法,同时在保证破片初速的前提下,研究偏心多点起爆下起爆点数的选择标准。研究结果表明:偏心多点起爆下定向破片初速增益约34%,定向区域范围约30°,起爆点数的选择与壳体长度和装药口径相关。     

高温下带金属壳PBX炸药低速撞击敏感性数值模拟

炸药撞击感度和热安全性是评价炸药安全性能的重要指标。为了对高温下炸药撞击敏感性变化规律进行可靠预测，本文中通过数值模拟，研究不同预加热温度下带壳PBX炸药装药在小弹丸低速撞击下的热力学响应，得到炸药点火前至点火阶段局部高温区的位置、形态、温度和应变随时间在炸药中分布的变化。结果显示，炸药发生点火的撞击阈值速度与烤燃温度的关系并非单一随温度升高而降低，而是在加热至348.15 K时达到最高；根据温度和应力应变云图分析可得，随着烤燃温度的提高，炸药强度下降，PBX炸药装药局部高温区快速升温的主导因素由局部剪切变为压缩。热软化对炸药的撞击敏感性起重要作用。