PBX-9502炸药爆轰反应速率模型研究

利用高能炸药爆轰反应的拉格朗日分析方法,得到了一个形式简单的PBX-9502炸药的爆轰反应速率方程。运用该速率方程,计算了PBX-9502炸药爆轰波反应区的纵向结构,并与三项式点火增长模型的计算结果及实验结果进行比较。结果表明:该爆轰反应速率方程能很好地模拟PBX-9502炸药爆轰波反应区的纵向结构。     

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.     

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     

钝感炸药配方

降低主炸药在复合炸药中的百分含量，提高惰性粘接剂的比例，可以降低炸药的感度，提高其安全性能，但由此所得的配方HL-9的爆轰性能较低；添加Al粉可以提高炸药的爆热和威力，但所得配方HL-10的爆速及安全性能有所降低；通过在HL-10配方中添加交联剂、键和剂等功能助剂改善了炸药颗粒与粘结剂体系的相互作用，可以得到炸药力学性能更好的配方HL-10-M配方，但是其感度相对较高；HL-10-M中继续添加钝感剂后所得配方HL-10-L的安全性能相对于HL-10-M的安全性有了一定的改善，但安全性能有待于进一步提高。因此在保持较好的爆轰性能的基础上，如何有效地对现有的含铝炸药降感成为本课题研究的重点和难点。     

利用电磁法研究HMX与TATB混合钝感炸药的冲击起爆特性

为研究含有少量奥克托金(HMX)且以三氨基三硝基苯(TATB)为基的高能钝感炸药PBX-3的冲击起爆反应增长规律,采用火炮驱动蓝宝石飞片的方法和铝基组合式电磁粒子速度计技术进行了一维平面冲击实验。通过实验测量撞击表面及内部不同深度处的冲击波后粒子速度,得到PBX-3炸药的Hugoniot关系。根据冲击波示踪器所测数据绘制了炸药到爆轰的时间-距离(x-t)图,获得了反映炸药冲击起爆性能的Pop关系。将入射压力为12.964 GPa时达到爆轰的6条速度曲线修整成相同零点,通过读取6条曲线的分离点即反应区末端的C-J点,计算出化学反应区时间和宽度。     

一维非定常炸轰的特征线方法数值模拟

本文用特征线方法计算了一维非定常炸轰的发展和传播问题。为模拟炸药的化学反应,采用了一种冲击波引爆的唯象模型。以PBX-9404高级炸药为例给出了计算的POP图与实验结果的比较以及不同时刻波后流场的分布。     

圆头钢弹对PBX-9404炸药撞击起爆的数值模拟

 在二维有限元动力分析程序DYNA2D中加入了两种反应速率模型，对圆头钢弹撞击PBX-940 4炸药的冲击起爆行为进行了数值模拟研究。     

双破片同时撞击对B炸药冲击起爆的数值模拟研究

 采用Lee-Tarver点火增长模型对单钨珠撞击带壳B炸药的过程进行了计算,所得到的不同尺寸钨珠引爆炸药的阈值速度与实验结果吻合良好。数值模拟了双钨珠同时撞击带壳B炸药的过程,计算了破片引爆炸药的阈值速度,分析了炸药的点火增长过程。结果表明：双破片同时撞击炸药时,引爆阈值速度随着破片间距的增大呈抛物线规律增大;当破片间距较大且撞击速度略高于阈值速度、双破片同时撞击时,炸药内部爆轰波的初始形态随破片速度而变化。     

猛炸药RHT-901和钝感炸药IHE-2的爆轰波直角绕射

 采用高速转镜分幅相机和电探针技术研究了猛炸药RHT-901和钝感炸药IHE-2的爆轰波直角绕射图像和不同位置上的爆轰波传播时间。从研究得出，两种炸药都在拐角顶点附近绕射，爆轰波传播时间增长，爆速变小。但是两种炸药绕射爆轰波的状态不一样，钝感炸药IHE-2中爆轰波绕过直角时，在拐角顶点附近约10 mm范围内炸药未完全反应，猛炸药RHT-901中爆轰波绕过直角时未出现类似现象。两者相比，钝感炸药中绕射爆轰波速度变化大，波阵面曲率半径小，而猛炸药的绕射爆轰波速度变化小，波阵面曲率半径大。这说明炸药的爆轰波绕射与炸药的冲击感度、反应区宽度有关。     

拉氏程序使用减敏模型模拟炸药绕爆问题

利用二维拉氏非结构网格爆轰流体程序对高能炸药的爆轰波绕爆问题进行数值模拟.拉氏程序对绕爆问题进行模拟时,会引起网格严重扭曲,导致网格大变形.使用JWL状态方程和三项式反应率,拉氏程序得到的绕爆数值结果与实验定性相同,较好地模拟了爆轰波绕爆过程中的漩涡现象.为了模拟一些钝感炸药在绕爆过程中的死区现象,在炸药反应率中加入减敏因子,模拟结果捕捉到死区,并与国外文章中的数值模拟结果定性相同.     

含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

对RS211、HL-1、HL-2这3种含铝炸药和TNT炸药进行了水下爆炸实验,测量了4种炸药水下爆炸冲击波压力剖面和气泡脉动周期,获得了4种炸药水下爆炸冲击波的峰值超压、冲量、能量和气泡能。实验结果表明,在所研究的范围内,与TNT炸药相比,含铝炸药的冲击波能量有明显增加,约为TNT炸药的1.20～1.35倍,气泡能有显著增加,约为TNT炸药的1.50～2.30倍,表明在炸药中加入铝粉对于提高炸药水中爆炸威力是有益的。     

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

 基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明：该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。     

未反应JOB-9003炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“粒子速度对比法”实验技术,通过电磁粒子速度计测量了PMMA飞片同时撞击PMMA样品与待测炸药样品界面的粒子速度u₁和u₂,获得了未反应JOB-9003炸药的冲击Hugoniot关系;利用叠加原理和疏松材料冲击绝热线的计算方法,对未反应炸药的冲击绝热线进行了计算。计算结果与实验数据符合较好。     

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。     

单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的热效应研究

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体。可以利用飞秒激光对含能材料或含能元器件进行精密加工。深入认识飞秒激光烧蚀炸药过程中,炸药内部的热效应是发展飞秒激光加工炸药技术的基础。建立了单脉冲飞秒激光烧蚀炸药过程的流固耦合计算模型,考虑了在高温高压等离子体和炸药自热反应的共同作用下,炸药内部的热效应。对飞秒激光烧蚀TNT炸药过程进行了流体力学数值模拟。计算结果表明:TNT炸药中未烧蚀区域产生了热效应,峰值温度高于TNT炸药的点火温度,但由于炸药内热效应区域极小,高温持续时间极短,因此炸药内温度迅速下降,没有发生点火现象。     

炸药安全性的火箭橇实验研究

 采用双轨火箭橇加载装置,对PBX-1炸药结构件进行了“靶打弹”撞击实验,采用PVDF计和压电石英计,测量炸药中入射压力和反应压力的变化情况;通过高速摄影和大画幅照相,观察了炸药件受撞击后发生反应的直观图像和靶、弹撞击的细节过程;利用冲击波超压传感器,测量了炸药反应后的超压曲线,并估算了其相对能量释放率。初步实验结果表明,当入射压力为0.48 GPa时,炸药发生部分爆炸,相对能量释放率约为51.8%。