可控爆轰平面加载样品回收装置

介绍了一种可控爆轰平面加载样品回收装置，该装置包括一个近似平面波发生器和一个“动量陷阱”式样品腔体。工作原理是由近似平面波发生器加速一块飞片，经适当长空腔飞行后与样品腔体碰撞，产生高压冲击波对样品实现冲击波压缩，并由“动量陷阱”式腔体回收样品，飞片材料为４５钢。此装置可在１．５￣３．５ｋｍ／ｓ范围内实现飞片击靶速度的连续调节，并且具有较理想的飞片击靶平面性，经测定在直径３０ｍｍ的范围内飞片弯曲的时     

基于“钉床型”飞片的斜波加载技术及应用

为了实现斜波加载,设计了一种“钉床型”广义波阻抗梯度飞片,即在基座上密排叠加许多小圆锥,简称“钉床型”飞片。该飞片采用激光选区熔化金属增材制造技术进行制备。利用一级轻气炮加载装置和全光纤激光位移干涉测试系统,开展不同工况下“钉床型”飞片高速击靶压缩实验和层裂实验,重点讨论小圆锥高度和撞击速度对斜波压缩加载波形的影响规律,以及斜波加载对不锈钢靶板层裂特性的影响。实验结果显示:（1）“钉床型”飞片对靶板产生的压缩是逐步的,从自由面速度剖面上观察到压缩波上升前沿时间被显著延长,形成了斜波波阵面,明显不同于冲击压缩的陡峭波阵面;（2）在飞片击靶速度近似恒定条件下,斜波波阵面的上升沿时间、平台速度峰值都明显依赖于“钉床型”飞片上的小圆锥高度,随着小圆锥高度增大,上升沿时间呈线性增大,而平台速度峰值呈线性减小;（3）在“钉床型”飞片的几何尺寸保持不变的条件下,斜波波阵面的上升沿时间随着飞片击靶速度的增大而线性减小,平台速度峰值则线性增大;（4）与冲击加载相比,“钉床型”飞片产生的斜波加载不会对材料的层裂强度产生明显影响,但对材料内部损伤演化速率有一定的影响。     

基于广义波阻抗梯度飞片的准等熵压缩技术

基于变截面杆的波传播特性，设计了一种“针床型”广义波阻抗梯度飞片，即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算，结果显示:在飞片击靶过程中，每一个小正四棱锥台可以看作“点”式加载脉冲源，产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波，球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形，从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律，为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果，采用激光选区烧结金属增材制造技术，制备了一种广义阻抗梯度飞片样品，在一级气炮上进行击靶实验，实测了靶板自由面速度时程曲线，波形呈现了准等熵压缩加载特性，并与计算结果进行了对比，两者基本一致，从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。     

爆轰产物驱动飞片运动数值模拟研究

利用数值模拟方法,研究了主装药与飞片之间的空气隙厚度变化对飞片中载荷幅度和载荷上升时间、飞片速度和飞片变形量的影响。数值模拟与验证实验结果吻合得较好。结果表明,带空气隙的化爆加载装置可以在飞片中获得较小的载荷幅度和较长的载荷上升时间,并且可以降低飞片击靶速度,从而实现较低的冲击压力,但飞片变形量随着空气隙厚度增大而增大。     

一种电炮装置

本文介绍了一种电炮装置。用冲击大电流使铜箔爆炸并加速0.06mm厚的聚脂薄膜飞片,获得了最高速度约为4.5mm/μs的结果(飞行距离5mm处,飞片不平度约0.03μs)。在用电炮驱动飞片撞击黄铜靶板的实验中,观测到了黄铜靶板的层裂现象。     

多级串联式超高速飞片装置实验研究

叙述了有关多级串联飞片速度的实验研究。首先做了预备实验 ,测得了2 0 0mm炸药驱动钢飞片撞击靶板时的平面范围。设计了测量多级飞片速度的实验装置 ,采用电探针方法 ,在一发实验中同时测量了三级飞片的速度。实验测得 :初级飞片速度为 4 87km/s,1mm厚次级钢飞片速度达到 7km/s ,0 .2mm厚末级钼飞片速度接近 10km/s。     

60kJ高速电炮的装置性能

研制了具有较高驱动能力的100kV/60kJ高速电炮装置。性能实验结果表明,飞片的完整性和飞行平面度均较好,其中平面度优于42ns。该装置可将直径18mm、厚0.15mm的Mylar膜飞片(约53mg)加速到8.1km/s,将直径12mm、厚0.2mm的Mylar膜飞片(约32mg)加速到9.6km/s,表明该装置具有较高的加载能力。本项工作可为开展高应变率加载下的材料动力学响应及其他相关研究提供有效的加载手段。     

一种耦合电路分析的磁驱动飞片数值计算方法

分析了磁驱动飞片实验和数值计算的研究现状。根据磁驱动实验装置等效电路建立了可带入参数为表达式的电路计算程序。利用建立好的电路计算程序结合LS－DYNA980 MHD计算软件,建立了一种可以耦合电路分析的磁驱动飞片计算方法。采用这种方法模拟了CQ－4的发射飞片实验,计算结果与实验基本符合。最后分析了极板长度h分别为20、25、30 mm并且充电电压73 k V时磁驱动飞片的速度和平面性,认为实验中极板长度取25 mm比较合适。     

高效能电炮实验装置的研制

较全面地开展了电炮加载技术的实验研究,解决了低电感开关、电容器和外回路设计中的关键技术,使整个回路短路电感为38nH,接近电容器的内电感30nH,最大放电电流接近兆安。优化设计后的装置在储能仅为14.4kJ的情况下,在25 kV充电电压下,在1.2μs内可将直径10mm,厚度0.1 mm的Mylar膜飞片加速到10 km/s,通过光纤测试发现飞片在飞行3mm后平面度优于24ns。根据测试的数据进一步改进了桥箔板和炮膛的设计,使得在相同加载条件下,飞片的加速历史几乎完全重合,其弹道稳定性优于气炮等加载装置。同时解决了电炮加载下的关键诊断测试技术。本文工作为进一步开展高应变率加载下材料动力学响应和炸药冲击感度研究提供了新的有效的加载手段,同时也为研究更高储能的电炮实验装置奠定了基础。     

点起爆炸药驱动圆板击靶波形的数值模拟研究

用自行研制的二维流体动力学程序TDY2D对点起爆驱动圆板运动的3个模型进行数值模拟计算,得到的飞片击靶波形与实验波形均符合较好,具有较高的计算精度,验证了该程序的准确性和有效性。通过对爆轰驱动飞片运动过程数值模拟结果的分析,得到了装置参数对飞片击靶波形影响规律的初步认识。     

测试爆炸箔起爆器的飞片速度

用双灵敏度VISAR测试爆炸箔起爆器的飞片速度历史。通过对飞片表面镀膜处理，消除了爆炸箔爆炸自发光产生的干扰，增加了飞片的反射率。在爆炸箔宽360 m，厚8.4 m，加速膛直径为1.2 mm，飞片厚0.12 mm，放电回路充电电压为4.5 kV，放电周期为750 ns的条件下，飞片最大速度为4.1 km/s，飞片加速时间约为150 ns，飞片达到最大速度的飞行距离约为0.3 mm。     

Generation of ramp waves using variable areal density flyers

Ramp loading using graded density impactors as flyers in gas-gun-driven plate impact experiments can yield new and useful information about the equation of state and the strength properties of the loaded material. Selective Laser Melting, an additive manufacturing technique, was used to manufacture a graded density flyer, termed the “bed-of-nails” (BON). A 2.5-mm-thick \(\times \) 99.4-mm-diameter solid disc of stainless steel formed a base for an array of tapered spikes of length 5.5 mm and spaced 1 mm apart. The two experiments to test the concept were performed at impact velocities of 900 and 1100 m/s using the 100-mm gas gun at the Institute of Shock Physics at Imperial College London. In each experiment, a BON flyer was impacted onto a copper buffer plate which helped to smooth out perturbations in the wave profile. The ramp delivered to the copper buffer was in turn transmitted to three tantalum targets of thicknesses 3, 5 and 7 mm, which were mounted in contact with the back face of the copper. Heterodyne velocimetry (Het-V) was used to measure the velocity–time history, at the back faces of the tantalum discs. The wave profiles display a smooth increase in velocity over a period of \(\sim \!\!2.5 \, {\upmu } \hbox {s}\), with no indication of a shock jump. The measured profiles have been analysed to generate a stress vs. volume curve for tantalum. The results have been compared with the predictions of the Sandia National Laboratories hydrocode, CTH.     

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。     

叠氮化铜微装药爆轰驱动飞片的数值模拟

为了优化叠氮化铜微装药器件的设计,探究叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用原理,根据微装药器件的实际设计和相关实验,采用ANSYS/LS-DYNA流固耦合算法对叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用过程作了数值模拟。具体研究了加速膛长度对飞片的平整性和完整性的影响,分析了微装药的尺寸与飞片速度之间的关系。研究结果表明:加速膛的长度对飞片的完整性、平整性和速度具有重要影响,在过长的加速膛中飞片飞行时易发生破碎,加速膛过短飞片的驱动速度不能达到最佳。装药尺寸与飞片速度之间关系密切,装药直径对飞片速度的前期成长影响不大,但对飞片获得的最大速度却有较为明显的影响;装药的直径大于0.8 mm时,增加装药直径并不能使飞片的最大速度明显增加。     

带空腔爆轰加载装置对驱动飞片的影响

结合实验和数值模拟技术 ,研究了在炸药透镜和飞片之间引入空腔对爆轰躯体的定量影响。计算和实验结果基本一致 ,表明引入空腔的爆轰加载装置可以推动厚度 6mm以上的厚飞片 ,并可以避免飞片中出现层裂现象 ,从而可以实现较低的冲击压力和较长的压力脉宽 ,在推动厚飞片和较严格地控制作用时间方面也有明显的优点。     

滑移爆轰驱动下飞板运动姿态的连续电阻测试法

飞板运动姿态的测定是爆炸焊接机理研究的基础,针对传统电测方法存在干扰因素多、易产生弯曲波等缺陷,设计了一种适用于野外大当量下爆炸焊接飞板姿态实验的连续电阻测试方法。研制了3种不同结构的梯形支架型连续电阻探针元件,利用有限元程序分析了探针的导通压力和响应时间,在此基础上,对3种探针实施了爆炸焊接实验,实验结果表明:金属丝网型探针元件具有最优的导通效果,各段测试曲线光滑无毛刺。以该探针数据计算获得了待测飞板的运动姿态曲线,并与Richter简化模型下的近似计算公式结果进行了对比,两者基本一致。所述测试方法实现了炸药爆速和飞板变形曲线的连续、可靠和快速测量,为滑移爆轰驱动问题、爆轰产物状态方程等的研究提供了测试方法补充。     

无网格MPM法三维爆炸焊接数值模拟

物质点法MPM(Material Point Method)是无网格方法之一.它是在质点网格法(PIC)基础上发展而来的一种新数值方法,它利用了欧拉法和拉格朗日法两者的优点,计算物质点在冲击载荷下的应力和应交;通过物质点来跟踪材料体的变形和破损,而在整个计算过程中背景网格始终固定不变,避免了重新划分网格.本文应用MPM法计算三维爆炸焊接问题,在爆轰载荷作用下的飞板和基板的金属动态变形过程进行了三维数值模拟,并且对飞板的碰撞点速度和爆轰压力变化进行了计算分析.