新型乳化炸药动压减敏装置的数值模拟研究北大核心CSCD

利用LS-DYNA动力学有限元软件,对新型乳化炸药动压减敏装置的作用过程进行了三维数值模拟,研究了该装置在水下爆炸过程中的流场分布特征,及其结构设计对实验结果的影响。对比研究结果表明,新型乳化炸药动压减敏装置中,受压乳化炸药之间的排距是影响实验精度的关键因素,当乳化炸药的半径为2cm、主发药RDX的质量为10g时,乳化炸药的最小排距(即前排乳化炸药对后排乳化炸药影响最小时的排距)为20cm。因此,在乳化炸药动态减敏实验开展之前,可以通过数值模拟的手段预先确定最小排距,减小实验误差。该方法可为乳化炸药动压减敏的后续深入研究提供参考。     

干粉灭火剂和水爆炸驱动下运动特性及灭火效果对比分析

爆炸驱动的干粉灭火剂或水灭火相对于传统灭火方式具有高效、便捷等优势,可应用于森林、草原和高层建筑物等火灾扑救。为了研究干粉和水介质爆炸运动特性及其灭火效果,采用HX-3型彩色高速摄像机记录爆炸水雾、爆炸抛撒干粉灭火剂灭火的全过程,发现爆炸装置直径、介质质量对两类介质爆炸抛撒过程、抛撒半径、抛撒作用时间有着显著影响;等体积的干粉和水进行爆炸灭火,水介质到达着火区域较快,而干粉驻留时间较长。文中的实验结果与分析,对提高爆炸灭火效率、优化水基或干粉基爆炸灭火弹结构,具有一定的理论参考价值。     

比色测温技术在瞬态爆炸温度场测量中的应用研究

为了研究瞬态爆炸温度场分布规律,基于高速相机、黑体辐射理论、图像传感器的拜尔阵列和自编python代码,构建了依据比色测温原理的高速二维温度测试系统,并对添加不同含量TiH₂的乳化炸药、TiH₂粉尘以及C₂H₂气体的爆炸温度场进行了测量。实验结果表明:TiH₂的加入可以显著提高炸药的爆炸温度和火球持续时间,当乳化炸药中的TiH₂质量分数为6%时,爆炸平均温度最大值为3048 K,相比纯乳化炸药提高了41.5%;此外,TiH₂粉尘云火焰平均温度呈现先增大,再稳定,最后减小的趋势,浓度为500 g/m3的粉尘云火焰平均温度高于浓度为833 g/m3的平均温度,其最高平均温度分别为2231 和 2192 K;10%C₂H₂/90%空气预混气体（即体积分数为10%的C₂H₂和90%空气组成）的早期火焰温度均匀,内部略低于边缘温度,随着火焰膨胀,火焰边缘温度逐渐升高,火焰平均温度开始降低。与传统爆炸测温手段相比,比色测温方法可以准确测量某区域的瞬态爆炸温度,获得温度分布云图,为研究瞬态爆轰温度规律及影响因素提供了一种新的技术手段。     

新型水下爆破切割弹的工程应用及数值模拟研究

通过钢管爆破切割实验和LS-DYNA 数值模拟软件分析研究了爆破切割弹解决卡钻问题的可行性, 然后针对安庆铜矿某一矿井的卡钻事故, 并结合井下地质情况, 在分析卡钻原因的基础上, 设计一种新型水下爆破切割弹. 通过加入12 根铜管将线性聚能引入到新型水下爆破切割弹中, 从而在爆破过程中形成了环形切割器, 利用聚能射流侵彻钻杆以达到破坏钻杆的目的. 通过爆破切割实验和工程实践可知, 新型水下爆破切割弹能够有效解决卡钻事故, 可为类似工程提供参考.     

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。     

有机玻璃-空气层结构对爆炸水池水下爆炸地基振动的影响

为了研究有机玻璃-空气层结构对水下爆炸振动的影响,采用NUBOX-6016爆破振动测试仪监测小水池(直径5.5m、高3.62m)中该结构下水下爆炸引起的地基振动信号,研究不同空气层厚度对最大振动速度的影响;基于Matlab软件编写相关程序对测得的振动信号进行Hilbert-Huang变换(HHT),分析不同空气层厚度对振动信号全局频率的影响。结果表明:对于有机玻璃-空气层结构,随着空气层厚度的增加,最大振动速度呈先减小后增大的趋势,当空气层厚度为120mm时隔振效果最佳;通过对振动信号的HHT分析得到全局频率所对应的幅值,5~15Hz低频区间段的幅值衰减较明显,且振动作用时间缩短,能够有效防止水下爆炸与建/构筑物之间产生共振现象。所得试验结果及分析对水下爆破工程防护及军事舰艇防雷仓结构设计等具有一定参考价值。     

冷激波灭火系统中激波对灭火效果和周边环境的影响

为了评估冷激波灭火弹爆炸后形成的激波对灭火效果和周边环境的影响,建立了一套纹影实验装置。通过纹影实验,观察了小尺寸下不同灭火介质爆炸抛撒后激波的形成和传播,并推算了冷激波灭火弹爆炸后油盆边缘附近的波后质点速度。观察发现,水基灭火介质爆炸抛撒后没有形成激波;而粉基灭火介质尽管爆炸抛撒后形成激波,但在油盆边缘附近激波强度较弱,波后质点速度小。与介质抛撒引起的可燃气体介质运动相比,激波对加快可燃气体介质运动的影响可以忽略。最后,通过高速摄影实验验证了激波对灭火效果的影响是可以忽略的。因此,冷激波系统中,激波对灭火效果和周边环境的影响是可以忽略的。     

氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究

 通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH₂敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明：与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH₂敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH₂储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH₂在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH₂在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。     

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。     

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