薄片炸药与固体靶冲量耦合的计算模型

薄片炸药可用于模拟强脉冲X射线辐照下空间结构的响应,其与固体靶的冲量耦合作用是进行模拟载荷设计的基础。本文中基于有限元模拟技术,研究不同直径薄片炸药的边界稀疏作用和安装支座的反射作用对薄片炸药与固体靶冲量耦合的影响,结果表明:边界稀疏作用对薄片炸药的比冲量起到减弱的作用,由边界稀疏作用引起的薄片炸药比冲量的变化量和薄片炸药直径的倒数近似成线性关系;薄片炸药安装支座的反射作用对薄片炸药的比冲量起到增强的作用,由支座反射作用引起的薄片炸药比冲量的变化量和薄片炸药直径的平方近似成反比;随着薄片炸药直径的增加,薄片炸药比冲量趋于定值,边界稀疏作用和支座反射作用可以忽略;存在一个临界直径,当薄片炸药的直径为临界直径时,薄片炸药的边界稀疏作用和支座反射作用达到平衡,其比冲量大小和薄片炸药的直径为无穷大时的比冲量值相等。     

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。     

黏弹性固体中地下爆炸辐射地震波能量的演化

地下爆炸与介质的能量耦合和介质中的波传播机制是理解地下爆炸源物理的重要基础。为研究地下爆炸辐射地震波能量的传播衰减规律,分析了黏弹性介质中地下爆炸地震波能量的组成。基于无限介质中黏弹性球面波理论,给出了速度、位移、应力、应变等物理量Laplace域的理论解。利用Laplace数值逆求解方法,建立了黏弹性介质中地下爆炸辐射地震波场的计算方法。以干黄土作为典型黏弹性材料,计算给出了地震波能量的传播特征,分析了地下爆炸辐射能量的传播衰减规律。结果表明:（1）在黏弹性介质中,某球面处流入的能量随半径增加而逐渐降低。在理想弹性介质中,某球面处流入的能量在几倍弹性半径外即可稳定到某一定值;（2）在某一固定的有限观测区域内,当观测时间足够长时,势能和耗散能均趋于某一定值,辐射动能趋于零;（3）当有限的观测区域能容纳一个完整波长的地震波时,地震波辐射动能的稳态值随波传播距离的增大而减小,总体上可以用指数函数和幂函数进行分段拟合。     

线黏弹性球面发散应力波的频率响应特性

基于线黏弹性球面波Laplace域的理论解, 得到了不同传播距离处粒子速度、粒子位移、应力、应变等力学量的传递函数。以标准线性固体模型为例, 重点讨论了粒子速度频率响应函数的传播特征, 指出随着传播距离的增加, 粒子速度幅频响应函数的高频响应会低于低频响应, 而在理想弹性条件下, 粒子速度幅频响应函数的高频响应一直高于低频响应。以弹性半径为0.025 m的空腔爆炸为例, 采用Laplace数值逆变换方法对粒子速度波形的演化进行了分析, 给出了粒子速度强间断幅值及粒子速度峰值随传播距离变化的衰减规律曲线, 指出黏弹性介质中粒子速度幅值的衰减曲线介于理想弹性介质中粒子速度幅值衰减曲线和黏弹性介质中粒子速度强间断幅值衰减曲线之间。     

基于波传播系数构建填实爆炸下花岗岩中运动及变形场

为利用球面波实验测得的有限个粒子速度信息来分析地下爆炸下介质的运动及变形特性，基于黏弹性球面波理论和局部黏弹性等效假设，提出了一种构建地下爆炸运动及变形场的新方法。首先，利用0.125 g TNT填实爆炸下花岗岩中相邻测点的粒子速度频谱给出相应的频谱比；其次，结合黏弹性球面波理论给出的理论频谱比求解出相邻测点之间区域内等效的球面波传播系数；再次，利用局部黏弹性等效假设给出相邻测点之间任意一点的粒子速度频谱，再通过傅里叶逆变换给出粒子速度的时域波形；最后，利用运动场和变形场的物理关系，完成整个分析区域内运动场和变形场的构建。结果表明:由相邻测点反演得到的波传播系数，可高精度地构建相应测点之间区域内介质的运动及变形场；在半径15～50 mm区域内，径向压缩应变峰值约从1.7×10?2降为2.1×10?3，切向拉伸应变峰值约从4.7×10?3降为0.4×10?3，径向压缩应变率峰值约从5.1×104 s?1降为2.5×103 s?1，切向拉伸应变率峰值约从5.0×103 s?1降为1.4×102 s?1，涵盖了高应变（率）到中低应变（率）加、卸载的全过程。     

有机玻璃中球形应力波传播的分析

基于球形发散波实验技术及圆环型电磁粒子速度测试技术,采用0.125 g TNT当量的微型炸药作为爆炸源,对填实爆炸下有机玻璃中球形波的传播规律进行了实验研究,并基于粒子速度波形进行了分析。结果表明:粒子速度峰值及粒子位移峰值符合指数衰减规律,粒子速度、位移峰值的衰减指数分别为1.34和1.28;负向粒子速度峰值随比距离的增加有先增大后减小的趋势;基于强间断假设得到的低压(小于1 GPa)下径向压力峰值-粒子速度峰值关系与一维应变下得到的σ-v Hugoniot曲线吻合较好;采用变模量模型假设,结合粒子速度数据反演的有机玻璃弹性模量E=(6.40±0.64)GPa、体积模量K=(7.12±0.71)GPa、剪切模量G=(2.37±0.24)GPa。     

用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载

余弦分布载荷的化爆加载技术是高空核爆软X射线辐照下空间结构动态响应考核的主要手段。为适应新型空间飞行器结构考核的复杂构型、高同步性和低比冲量载荷设计要求，提出了一种用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载的方法。实验结果验证表明：(1)所制作的十字形超细药条，最小截面尺寸为0.33 mm×0.5 mm，传爆性能稳定，并可通过直径0.5 mm的柔爆索直接起爆；(2)与相同布药密度的条状布药方式相比，布药空间均匀度提高了76.7%;(3)所采用的21点柔爆索同步起爆网络，起爆率达100%，起爆不同步性小于1μs。进一步建立了离散片炸药加载数值计算模型，分析了离散片炸药群同步起爆加载的比冲量空间分布和匀化规律，将匀化过程分为扩散段、叠加段和均匀段3个阶段；对比了方形、十字形、短条形3种形状药片阵列的比冲量演化过程，发现十字形药片所需匀化距离最短、均匀度最高，仅需约0.8倍布药间距即可使比冲量均匀度偏差降至10%以下。