HMX炸药燃烧转爆轰数值模拟

以两相流模型为基础,气相产物状态方程采用基于统计物理的类CHEQ的计算结果,建立了HMX炸药的燃烧转爆轰数学模型。采用CE/SE方法模拟了颗粒度为125μm的HMX炸药的燃烧转爆轰过程,得到了爆轰参数及流场变化规律。模拟了装填密度对HMX炸药燃烧转爆轰的影响,并与实验进行了对比。数值模拟结果表明,在相同的点火条件下,爆轰成长距离在一定范围内随装填密度呈"U"形变化。     

CE/SE方法数值模拟炸药粉尘爆轰

采用CE/SE方法数值模拟悬浮在空气中的RDX炸药粉尘的两相爆轰过程.炸药颗粒在爆轰波阵面后的高温高速气流中加速并升温,释放能量支持爆轰波传播.数值模拟爆轰波管中的粉尘爆轰,得到爆轰波流场中的物理量分布,确定爆轰参数,数值结果与文献符合较好.数值模拟复杂通道中的炸药粉尘爆轰,预测了爆轰波的发展和传播过程以及爆轰波后的流场演化.数值结果表明CE/SE方法能成功模拟气体-固体两相爆轰,为粉尘爆轰的研究提供了新的数值预测手段.     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态, 即它们的压力和温度相同, 利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架. 在此框架下, 炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成, 包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程, 易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解. 一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系, 借助简单混合物理论, 其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定. 未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程, 化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型, 模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程. 计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性. 关键词： 炸药爆轰 本构模型 化学反应率方程 数值模拟     

PBX炸药动态Brazilian试验及数值模拟研究

 开展了PBX炸药的动态Brazilian试验,获得了不同加载应变率条件下的拉伸强度;通过高速摄影,获得了PBX炸药试样表面裂纹的产生发展过程;采用数字散斑相关方法,获得了试样出现裂纹前的应变场分布。利用离散元方法,开展了考虑PBX炸药细观结构的动态Brazilian数值模拟,获得了损伤演化发展、并形成裂纹的全过程,模拟结果能初步再现PBX炸药的损伤破坏过程。     

H32.685N16.8430O3.0和H8.154N4.5770O3.0炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解HNO型炸药H32·685N16·8430O3·0(70/30Hydrazine/HydrazineNitrate)和H8·154N4·5770O3·0(21/79Hydrazine/HydrazineNitrate)爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。以Ree修正的WCA状态方程并考虑Ross软球修正的硬球微扰理论作为爆轰气相产物的物态方程,用自编的程序对H32·685N16·8430O3·0和H8·154N4·5770O3·0炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

STEVEN试验中模拟材料D-90031力学响应的数值模拟

由LANL的Stenen K．Chidester和Green在20世纪90年代初设计的STEVEN试验补充了苏珊试验在安全性能考核方面的不足，更接近于武器在意外的低速撞击中受冲击的情况，被列为美国用于库存老化炸药的安全性能测试。     

炸药脆性材料切削加工数值模拟

目前，公开报道的切削工艺模拟研究中，大多数停留：在二维模拟上，而且是将工件约束，让刀具做直线进给运动，这样实际生产中工件或刀具的回转运动对切削加工过程的影响并没有体现出来。一般柱形件加工时工件做回转运动，刀具做进给运动，需采用更新的Lagrange网格来模拟三维的具有螺旋形运动轨迹的非正交切削。     

欧拉计算程序实现非均质炸药冲击起爆的数值模拟

爆轰的数值模拟研究多采用Lagrangian方法，这是因为Lagrangian网格随质点运动，介质之间的界面用滑移面来描述，故能精确地计算介质的界面。但在遇到网格扭曲和网格变形时，计算往往无法继续进行，这时就要用到网格重分等技术，这无疑增加了人为干预和计算误差。Eulerian方法能计算大变形问题，但不能精确地描述物质的界面，对于模拟平面撞击实验，爆轰波在单种介质中传播，对物质界面几乎没有要求。所以，Eulerian方法在模拟此类问题较Lagrangian方法具有明显的优势。     

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

 对以TATB为主的钝感炸药JB-9014进行了25 mm和50 mm两种装药直径的圆筒试验，测试了TU1圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程R(t)关系。对圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了JB-9014的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了JB-9014炸药爆轰产物JWL状态方程参数。经对JB-9014二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的JWL状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。     

CTVD格式数值计算非均质炸药爆轰问题

将高分辨率激波捕捉格式CTVD格式拓展应用到非均质炸药爆轰的数值模拟问题.增加了化学反应率控制方程,引入Lee-Tarver点火成长模型,未反应的固体炸药和化学反应气体产物都使用JWL形式状态方程.数值模拟了非均质固体炸药PBX-9404和TATB的冲击起爆问题.获得了较高的爆轰波分辨率和光滑解区的数值精度,对具有复杂物态方程形式的固体炸药爆轰问题,CTVD格式具有简单实用、高效和高分辨的特点.     

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

 利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验,得到了时间-应力曲线,随后利用软件进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行比较,解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征,这些与材料内部损伤的演化密切相关;混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下,最终形成宏观破碎;实验中靶板尺寸设计合理,有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。     

破片对带铝壳炸药的冲击起爆数值模拟研究

 采用AUTODYN-2D数值模拟软件,应用冲击起爆Lee-Tarver模型,对钢破片撞击带铝壳Octol炸药的起爆问题进行了数值模拟,分析了冲击起爆机理及破片形状、着速、铝壳厚度等因素对炸药起爆特性的影响规律,利用“升-降”法得到了破片对Octol炸药的临界冲击起爆速度。研究结果对反导战斗部破片杀伤元素的设计具有指导意义。     

药柱等静压实验和数值模拟计算

 进行了炸药柱等静压实验,用热电偶测量了药柱压制成型过程中的内部温度,建立了药柱在等静压下的热力耦合模型。对炸药柱保压阶段进行了数值模拟计算,得到等静压条件下药柱内部压力和温度变化,分析了药柱形变,压力和温度分布。结果表明：在等静压下药柱各表面均有明显的向里凹陷的现象,在受力过程中炸药内部温度升高,并存在温差,内部压力分布不均匀。     

炸药落锤实验及样品厚度效应的三维数值模拟

为了研究落锤实验中炸药的概率点火行为以及试样厚度对点火的影响,对脆性炸药PBX-2的落锤实验开展了三维数值模拟。采用有限元与离散元相结合的方法,并考虑了炸药材料的非均匀性,获得了炸药在不同落高下的点火概率分布,落高计算结果与文献报道的实验结果相符。此外,研究了落锤实验中试样厚度对炸药温升过程及点火阈值的影响,拟合得到了压力峰值和点火阈值随试样厚度变化的估算公式,可以为实验设计提供参考。     

并行建表化学加速算法研究及其在气相斜爆轰模拟中的应用

采用详细化学反应机理对气相斜爆轰问题开展数值计算时,由于组分之间的特征时间尺度相差很大,反应源项的直接积分(direct integration,DI)求解通常存在强烈的刚性及非线性现象,导致计算量很大.为了在不损失计算精度的基础上有效减少化学反应过程的计算时间,针对包含2H2+O2详细机理的二维斜爆轰并行计算,提出两...     

弹丸超高速撞击铝靶成坑数值模拟

 低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击,损伤航天器飞行关键系统,进而导致航天器发生灾难性的失效。微流星体及空间碎片防护结构设计,是航天器设计的一个重要问题。采用AUTODYN软件进行了弹丸超高速正撞击及斜撞击铝靶成坑的数值模拟,给出了二维及三维模拟结果。研究了弹丸密度、弹丸形状、板厚度、弹丸速度、弹丸直径和弹丸撞击入射角等对靶成坑的影响。模拟结果同实验结果进行了比较,模拟的成坑形状和特征尺寸同实验相吻合。验证了数值模拟方法的有效性。     

Modelling detonation of heterogeneous explosives with embedded inert particles using detonation shock dynamics: Normal and divergent propagation in regular and simplified microstructure

This paper discusses the mathematical formulation of Detonation Shock Dynamics (DSD) regarding a detonation shock wave passing over a series of inert spherical particles embedded in a high-explosive material. DSD provides an efficient method for studying detonation front propagation in such materials without the necessity of simulating the combustion equations for the entire system. We derive a series of partial differential equations in a cylindrical coordinate system and a moving shock-attached coordinate system which describes the propagation of detonation about a single particle, where the detonation obeys a linear shock normal velocity-curvature (D_n–κ) DSD relation. We solve these equations numerically and observe the short-term and long-term behaviour of the detonation shock wave as it passes over the particles. We discuss the shape of the perturbed shock wave and demonstrate the periodic and convergent behaviour obtained when detonation passes over a regular, periodic array of inert spherical particles.     

Quantitative Comparison of REAPDOR and TRAPDOR Experiments by Numerical Simulations and Determination of H–Al Distances in Zeolites

Quantitative H–Al distances in acid sites of two zeolites with MFI and IFR framework topology were obtained by numerical simulation of ¹H{²⁷Al} rotational echo adiabatic passage double resonance (REAPDOR) experiments. A ²⁷Al offset-dependent data set yields for each resolved ¹H NMR line a corresponding nuclear electric quadrupole coupling constant of the neighboring ²⁷Al site. This information is used for analyzing a second data set for on-resonance irradiation, where the dipolar evolution time (number of rotor cycles) was varied, to yield the ¹H–²⁷Al dipolar coupling constant. Numerical simulations indicate that the REAPDOR method does not depend significantly on the polar angles, defining the orientation of the electric field gradient tensor of ²⁷Al with respect to the Al–H dipolar vector. In contrast, the transfer of populations in double resonance sequence is sensitive to these angles, and it can be thus used to measure them.