间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征影响的模拟分析

在炸药爆轰驱动含间隙双层钢飞片情况下,两层钢飞片间的间隙会影响外层飞片的首次、二次入射波波形及强度,进而影响外层飞片自由面速度等。为了更好地认识爆轰加载条件下金属飞片的运动特征,需要深入研究间隙对该动力学过程的影响规律。首先,开展了爆轰驱动含初始间隙双层钢飞片的简化建模及数值模拟,通过模拟与实验结果的对比,验证了简化建模的合理性;然后,对该模型的加载动力学过程进行了深入分析,给出了首次、二次加载的来源;最后,开展了不同间隙厚度对该动力学过程影响的模拟分析研究。自由面速度结果表明,随着间隙厚度由0.1 mm增加至1 mm以上,外层飞片自由面的首次起跳速度峰值先逐渐降低后基本保持恒定、二次起跳速度峰值由逐渐增加至基本不变。动力学分析结果表明,可将不同间隙大小的影响分为两个阶段,其分界判据是在爆轰加载后内层金属飞片是否能够在间隙部位发展为脱体层裂片：在间隙较小的情况下,内层飞片在间隙一侧无法发展为层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加,外层飞片的首次加载峰值压力降低、二次加载峰值压力增加;在间隙较大的情况下,内层飞片在间隙一侧可以形成厚度不变、速度稳定的层裂片,在此阶段内,随着间隙厚度的增加...     

飞片在平面爆轰加载下的运动规律研究

采用多点激光测速系统（VISAR）和卷筒式电探针等测试技术，对钢，铝飞片在平面爆轰加载下的运动规律进行研究，给出了飞片在空腔中的位置h与时间t的关系曲线及飞片自由面速度v与时间t的关系曲线。还给出了采用流体力学的有限差分SSS计算程序算出的飞片自由面速度值，并与VISAR实测值进行了比较。     

强爆轰驱动飞片的数值模拟研究

在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。     

网络爆轰驱动飞片的设计技术

提出使用炸药网络爆轰技术,设计了一种新型的低速飞片击靶加载装置,结合数值模拟和实验测 量,对驱动飞片的速度、平面性及装置结构参数进行了系统分析。实验结果表明,无氧铜飞片可以使直径 100mm、厚度3mm 的飞片在飞行距离2mm 内达到稳定的飞行状态,击靶速度在200~350m/s范围内连 续可调,飞片击靶平面范围大、速度均匀、平面性好,为实现低冲击应力的一维应变加载提供了参考。     

二维飞片形状的测量和数据处理

本文介绍了一种测量二维形状飞片的光探测系统及其数据处理方法。为了便于说明,用一个一点起爆爆轰事件作为实际示例。其数据处理结果与闪光x光测量结果作了比较,发现在飞片形状和压力两方面都能很好地符合。     

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。     

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。     

一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离

利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法,采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置,测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离,研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系,给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载,入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显,相同实验条件下,压力脉宽越长,炸药的到爆轰距离越短;相同压力脉宽下,加载压力越高,炸药的到爆轰距离越短。     

流固耦合数值方法在点爆发散爆轰驱动平板飞片中的应用

采用Eulerian/Lagrangian耦合方法对炸药与飞片直接接触的爆轰驱动问题进行了数值模拟.其中对炸药和环境气体应用Euler方法、对飞片应用Lagrange方法分别计算,流体与固体接触面采用Ghost Fluid方法和外插技术进行处理,全程模拟了炸药起爆、爆轰波传播、大板变形和运动等过程,着重分析了大板飞片后...     

光纤探针在爆轰实验中的应用实例

介绍了光纤探针在爆轰实验中的两个应用实例：一是利用光纤探针测量爆轰驱动飞片的速度以及飞片的平面性;二是光纤探针在利用稀疏追赶技术测量强爆轰产物——声速中的应用。表明光纤探针是精确测量上述问题的手段之一。     

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。     

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。     

基于反向撞击法的JB-9014炸药Hugoniot关系测量

为了获得JB-9014未反应炸药的Hugoniot关系,在火炮加载平台上利用反向撞击技术对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。将JB-9014炸药样品作为飞片安装于弹托前表面,将镀膜氟化锂窗口作为装置靶。利用火炮加速弹托,使炸药样品以一定速度撞击镀膜氟化锂窗口,通过光子多普勒测速仪(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量炸药样品击靶速度以及炸药/镀膜氟化锂窗口界面粒子速度。最终根据冲击波阵面守恒关系计算获得了JB-9014炸药冲击Hugoniot数据,采用正交回归直线拟合得到了炸药样品在3.1～8.2 GPa压力范围内的冲击Hugoniot关系:D_s=2.417+2.140u_s (D_s和u_s的单位均为km/s)。结果表明:该方法测试精度较高,响应时间快(小于5 ns),同时该方法可以对炸药的反应情况进行检测,便于判断实验是否测得真实的未反应炸药冲击Hugoniot数据。     

A Novel Fluid Structure Interaction Experiment to Investigate Deformation of Structural Elements Subjected to Impulsive Loading

This paper presents a novel experimental methodology for the study of dynamic deformation of structures under underwater impulsive loading. The experimental setup simulates fluid–structure interactions (FSI) encountered in various applications of interest. To generate impulsive loading similar to blast, a specially designed flyer plate impact experiment was designed and implemented. The design is based on scaling analysis to achieve a laboratory scale apparatus that can capture essential features in the deformation and failure of large scale naval structures. In the FSI setup, a water chamber made of a steel tube is incorporated into a gas gun apparatus. A scaled structure is fixed at one end of the steel tube and a water piston seals the other end. A flyer plate impacts the water piston and produces an exponentially decaying pressure history in lieu of explosive detonation. The pressure induced by the flyer plate propagates and imposes an impulse to the structure (panel specimen), which response elicits bubble formation and water cavitations. Calibration experiments and numerical simulations proved the experimental setup to be functional. A 304 stainless steel monolithic plate was tested and analyzed to assess its dynamic deformation behavior under impulsive loading. The experimental diagnostic included measurements of flyer impact velocity, pressure wave history in the water, and full deformation fields by means of shadow moiré and high speed photography.     

受热炸药的冲击起爆特征

设计了炸药驱动飞片起爆受热炸药的实验装置,该装置既能够对实验炸药进行均匀地加热,又能够避免高温对加载炸药的影响。利用设计的实验装置对PBXC10炸药（HMX/TATB复合炸药）进行了14、100、140、160和180 ℃等5种不同加热温度下的冲击起爆实验,测量了该炸药内部压力的成长历程。采用点火增长反应速率方程对PBXC10炸药冲击起爆进行了数值模拟。根据实验结果,标定了不同温度下PBXC10炸药的点火增长模型参数,并给出了模型参数随温度变化的关系式,获得了不同温度下炸药的Pop关系。研究结果表明:PBXC10炸药的冲击波感度随温度的升高而升高,但与HMX炸药相比,其冲击波感度对温度的敏感性明显降低,这是因为PBXC10炸药中的TATB具有较好的降感作用。     

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算     

磁驱动准等熵加载装置CQ-4的加载能力及主要应用

利用脉冲大电流与其自身磁场相互作用产生磁压实现对样品平面等熵压缩,是国外新发展起来的动高压加载技术。CQ-4装置是在自然科学基金仪器专项资助下,建立的国内首套可实现110GPa等熵压缩,宏观金属飞片发射达15km/s的紧凑型脉冲功率装置。本文重点介绍该装置的主要性能和加载能力,以及基于其上开展的材料高压本构、相变、未反应炸药等力学行为等应用研究情况。     

低冲击加载下JOB-9003炸药的反应阈值

发展了一种研究炸药反应阈值的实验方法和分析技术:采用火药炮发射飞片的加载技术产生低冲击加载压力,应用电磁粒子速度计测量JOB-9003炸药后界面与PMMA之间界面粒子速度。通过分析界面粒子速度曲线,得到了低冲击加载下炸药与PMMA之间的界面粒子速度历史,获得了入射压力与未反应和反应后的界面粒子速度之间的u_p-p关系。JOB-9003炸药在低冲击加载下的化学反应阈值和点火阈值分别为1.42、2.62 GPa。     

凝聚炸药的短脉冲冲击起爆

本文介绍了利用电炮研究两种凝聚炸药（TNT/RDX=35/65和PBH-9）的短脉冲冲击起爆的实验结果。炸药样品为直径20mm,长度分别为3.0、5.0、10.0mm的圆柱及楔形药块。在所研究的实验条件下,当药柱长度大于5.0mm时,两种炸药的起爆判据可用p?=常数描述。当药柱长度小于3.0mm时,撞击飞片的阈值速度明显增加。我们还观测了飞片直径对起爆阈值速度的影响,用楔形药块观测了不同加载条件下的到爆轰时间和距离。     

起爆高密度TATB炸药的飞片速度阈值

采用实验与数值模拟相合的方法研究了飞片起爆钝感TATB炸药的性能。设计了飞片可靠起爆钝感TATB炸药的起爆序列,利用全光纤位移干涉测速系统分别测出飞片可靠起爆和未起爆TATB炸药的速度,初步确定飞片起爆钝感TATB炸药的起爆速度阈值。采用DYNA2D程序对飞片起爆TATB炸药过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果相符合。