JBO-9021炸药的化学反应区宽度

采用激光干涉测试技术和楔形炸药构型, 对新型钝感高能炸药JBO-9021的爆轰反应区宽度进行了实验研究。实验中在楔形JBO-9021炸药后加镀膜LiF晶体作为测试窗口, 测试受试炸药与测试窗口界面的粒子速度剖面。将粒子速度剖面对时间进行二阶求导, 通过粒子速度剖面的二阶求导曲线上等于零的时刻判读CJ点的时刻, 从而得到化学反应区宽度。研究结果表明, 新型钝感高能炸药JBO-9021的化学反应持续时间为(238±13) ns, 相应的化学反应区宽度为(1.52±0.09) mm。     

RDX基含铝炸药爆轰波结构实验研究

为了获得含铝炸药爆轰反应区附近铝粉的反应情况,对两种RDX/Al炸药和一种RDX/LiF炸药的爆轰波结构进行了测量。实验过程中,利用火炮加载产生一维平面波,通过光子多普勒测速仪测量炸药/LiF窗口的界面粒子速度。结果表明:含铝炸药爆轰波的结构与理想炸药的差异较大,其界面粒子速度曲线没有明显的拐点;反应初期,由于气相产物与添加物之间温度的非平衡性,RDX/Al界面的粒子速度低于RDX/LiF炸药的;随后,由于铝粉反应放能,RDX/Al界面的粒子速度高于RDX/LiF炸药的;微米尺度铝粉在CJ面前几乎不发生反应;2、10 μm等两种粒度铝粉的反应延滞时间小于0.8 μs;在本文中,两种粒度铝粉的反应度为16%~31%。     

金属约束下定常非理想爆轰的理论研究

为了对金属约束条件下的定常非理想爆轰进行理论研究,对未反应炸药和爆轰产物采用JWL形 式状态方程,对金属采用p(,T)形式状态方程。采用过爆轰前导冲击波的流线偏转角在影响域内沿高度线 性变化的假设,并且由未反应炸药和金属的冲击波极曲线的交点确定爆轰冲击边缘角,则可从未反应炸药斜 冲击波极曲线关系式求出爆轰前导冲击波阵面的形状。采用爆轰前导冲击波阵面之后的流线是直线的假设, 则爆轰流动控制方程由偏微分方程变为沿流线的常微分方程,沿着所有流线求解便给出爆轰化学反应区内 声速线与化学反应结束线的位置。理论分析同时给出约束金属折射冲击波后面的流体的流动状态。理论结 果给出的爆轰化学反应区结构特征和约束金属内的流动状态特征与高精度数值模拟的结果符合良好,说明 本文中给出的理论方法具有良好的合理性和适用性。     

惰性介质对钝感炸药爆轰的约束效应

首先用改进冲击波极曲线理论分析惰性介质对钝感炸药爆轰的约束作用类型。改进冲击波极曲线基于爆轰ZND模型建立在前导冲击波上,并且未反应炸药采用JWL状态方程,惰性介质采用p（ρ,T）形式状态方程。理论考察声速小于炸药CJ爆速且压缩性不同的6种典型惰性介质约束情况。然后用带三项式Lee-Tarver化学反应率的二维Lagrange流体力学方法数值模拟考察约束相互作用。数值考察约束介质的影响因素有:压缩性、厚度、典型双层介质组合约束。从数值结果看出,由介质压缩性的不同给出的约束作用方式共7种:其中6种出现在介质声速小于炸药CJ爆速条件下,可运用冲击波极曲线理论;另外一种出现在介质声速大于炸药CJ爆速条件下,不能使用冲击波极曲线理论。同时,介质厚度、双层介质组合方式也能够影响爆轰前导冲击波阵面形状以及爆轰化学反应流动状态。     

在球面散心冲击波作用下JB-9014炸药冲击引爆过程实验研究

采用双灵敏度VISAR对JB-9014炸药在20 GPa的球面散心冲击波作用下冲击引爆过程开展了实验研究。测得的不同厚度JB-9014炸药/窗口界面的粒子速度历程表明,到爆轰距离为2~3 mm,在3~5mm处反应冲击波已发展为稳定爆轰波。开展了相应的初步数值计算工作,计算结果与实验基本吻合。     

HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型

进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。     

CL-20混合炸药的爆轰波结构

基于爆轰数值模拟计算,分析了CL-20混合炸药爆轰反应的特征,设计了炸药与窗口的界面粒子速度测量实验装置;采用激光干涉法,测量了C-1炸药(CL-20/粘合剂/94/6)与窗口的界面粒子速度; 运用先求导、再分段拟合的方法,对界面粒子速度随时间的变化曲线进行了数据处理,确定了炸药爆轰CJ点对应的时间位置;根据CJ点对应的粒子速度,计算获得了炸药的爆轰反应区宽度和CJ爆轰压力。结果显示:密度为1.943 g/cm3的C-1炸药的爆轰反应时间为38 ns,CJ压力为34.2 GPa。     

反向起爆模型下的冲击波加载

为了实现对大尺寸材料试件的动态加载,得到与轻气炮加载应力波相同的爆炸加载冲击波,基于叠加原理,提出了利用炸药反向起爆模型完成对可压缩固体材料的冲击波加载。通过联立爆炸产物和可压缩流体的速度-压力曲线以及综合考虑炸药和材料试件各自由边所受稀疏波干扰的情况,从理论上给出了冲击波压力和冲击波加载平台宽度的计算方法。并结合数值模拟,对理论分析结果进行了验证,两者基本一致。     

有氧化剂(AP)含铝炸药的爆轰性能

对有氧化剂含铝炸药(RDX/AP/Al/粘合剂=20/43/25/12,下称含铝炸药)爆轰反应的点火增长模型进行研究。用VLW状态方程方法计算了含铝炸药爆轰产物JWL状态方程;用激光速度干涉仪（VISAR）测量炸药/窗口界面粒子速度和炸药驱动金属平板自由表面速度,对试验进行了数值模拟计算,拟合了含铝炸药的反应速率方程。研究结果表明,用VLW状态方程方法和炸药/窗口界面粒子速度确定JWL状态方程和反应速率方程可行,金属平板驱动试验的计算结果与试验结果吻合。     

爆炸冲击波反射流场的理论计算方法

爆炸冲击波遇到固壁,依次发生正规和非正规反射。本文中基于镜像方法,将爆炸冲击波在固壁反射等效为真实和虚拟爆炸流场的相互作用,建立了波后流场的理论计算方法。首先,假定反射波是以虚拟爆源为中心的圆弧,马赫杆是以爆心在固壁投影点为中心的圆弧。然后,根据爆炸自由场传播规律,利用基于几何近似的方法,建立流场中冲击波结构随时间演化的计算方法,确定任意时刻波后流场区域。最后,利用新发展的叠加模型LAMBR (LAMB revisied),将真实和虚拟爆炸流场进行叠加,给出波后流场中的压力、密度和速度等物理量。通过与数值模拟结果和已有数据进行对比,发现该方法得到的流场物理量分布、峰值等能够反映流场发展的主要规律,从而验证了该理论方法的合理性。而且,该理论方法所需的时间相较于数值模拟大大缩短。     

[100]LiF单晶在60 GPa以内冲击加载下的高压屈服强度特性

获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法,通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演,获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明:在实验压力范围内,[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高,压力硬化效应显著;同时,LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果,应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数,为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。     

基于LS-DYNA的液电效应冲击波数值模拟

液电效应机理复杂,鲜有成熟的商用数值模拟软件能够描述等离子体通道内部特性,为了将液电效应产生的冲击波运用于已有的数值模拟软件中,以满足工程需要,介绍了两种基于显式动力学软件LS-DYNA间接模拟液电效应产生冲击波的方法:水下爆炸等效（分为爆炸能量等效与冲击波能量等效）和理想气体等效,并进行了比较与改进,分析了不同沉积能量下采用不同等效方法得到的峰压计算结果的差异。结果显示,在沉积能量相同的条件下,基于爆炸能量等效方法得到的冲击波峰值压力最高,基于冲击波能量等效方法得到的冲击波峰值压力次之,基于理想气体等效方法得到的冲击波峰值压力最低,理想气体等效模拟的峰压相较于前两种等效方法小1～2个数量级;爆炸能量等效与冲击波能量等效的冲击波波速相等,且高于理想气体等效的冲击波波速;沉积能量减小会使得3种等效方法模拟的峰压均有不同程度的减小,但大小顺序不发生变化;改进后的等效爆炸方法能够适应沉积能量的变化,与Touya经验公式拟合较好;基于LS-DYNA对液电效应冲击波峰值压力进行准确模拟,除了选取适合的等效方法,还应结合具体的放电条件,建立适当的数值模型,在满足计算要求的条件下实现冲击波峰值压力的快速计算。     

动高压加载下锆基金属玻璃强度测量

为了研究Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的高压强度特性,进行了平靶冲击实验。采用反向碰撞方式,运用DISAR技术测量金属玻璃样品/LiF窗口界面粒子速度剖面,分析粒子速度剖面获得了37~66GPa压力范围锆基金属玻璃的屈服强度和剪切模量。实验结果表明,在上述压力范围金属玻璃的屈服强度和剪切模量均显示出一定程度的压力硬化效应,分析表明金属玻璃冲击加载波阵面剪应力衰减并非由损伤/破坏或温度软化等因素导致。     

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。     

爆炸实验水池防护性能及动力学响应分析

针对爆炸实验水池强度设计问题,利用非线性动力学程序LS-DYNA对10 kg TNT爆炸后的水中冲击波传播规律及爆炸水池结构动态响应情况进行了数值模拟, 对空气桶和气泡帷幕削弱水中冲击波的能力进行了定量计算,结果表明:空气桶对冲击波峰值压力削弱作用接近50%,对比冲量削弱作用达到16.2%;气泡帷幕对壁面反射冲击波的削弱作用高达86.2%,对比冲量削弱作用达到75.6%。在此基础上进一步分析了冲击载荷作用以及结构响应机理,指出了内衬钢板和混凝土围堰的危险区域,对爆炸能量在各物质间的分配和传递规律进行了初步探索,为相关爆炸水池的工程设计提供参考。     

金属铅在斜冲击波对碰加载下动态行为的数值模拟

高强度冲击加载作用下金属材料的动态物理行为是当前冲击波领域基础研究和工程应用最为关注的焦点。采用光滑粒子法(SPH)开展不同位置起爆诱发的斜冲击波对碰加载金属铅的二维数值模拟研究,得到了金属铅内入射斜冲击波的角度和强度,并利用极曲线方法理论上导出发生马赫反射时的临界入射角和入射马赫数关系。根据计算结果可知,金属铅内入射斜波对碰后将发生马赫反射。随着起爆位置与金属铅表面距离的增加,不仅金属铅内入射冲击波强度和入射角增加,而且形成的马赫杆宽度也在增加。由自由面速度剖面给出了马赫杆宽度及张角,结果与理论预测的结果吻合较好。     

A calculating method of shock wave oscillating frequency due to turbulent shear layer fluctuations in supersonic flow

One of the more severe fluctuating pressure environments encountered in supersonic orhypersonic flows is the shock wave oscillation driven by interaction of a shock wave withboundary layer.The high intensity oscillating shock wave may induce structure resonanceof a high speed vehicle.The research for the shock oscillation used to adopt empirical orsemiempirical methods because the phenomenon is very complex.In this paper atheoretical solution on shock oscillating frequency due to turbulent shear layer fluctuationshas been obtained from basic conservation equations.Moreover,we have attained theregularity of the frequency of oscillating shock varying with incoming flow Mach numbersM_∞and turning angleθ.The calculating results indicate excellent agreement withmeasurements.This paper has supplied a valuable analytical method to study aeroelasticproblems produced by shock wave oscillation.     

基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟

运用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA,基于多物质Euler算法,对TNT炸药和乙炔-空气混合气体两种爆炸源在自由大气场中爆炸产生的冲击波荷载特征参数进行数值模拟,比较两种爆源产生的冲击波压力传播规律。基于爆能等效原理,按超压相等的原则给出了气体爆炸名义比例距离计算公式。结果表明,基于Euler算法可以较好地描述乙炔-空气混合气体爆炸空气冲击波传播规律,爆炸压力随着距爆源距离的增大而迅速衰减,且两种爆源产生的冲击波超压峰值误差随着冲击波传播距离的增大而逐渐减小。采用名义比例距离公式修正后,气体爆炸与炸药爆炸冲击波计算误差可以得到有效控制。当爆炸冲击波超压小于0.5MPa时,可以采用乙炔-空气混合气体代替化学炸药进行模爆器内爆炸实验加载。