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/HMX共晶冲击起爆模拟

采用非平衡分子动力学方法模拟了CL-20/HMX共晶炸药冲击压缩和化学反应行为,获得了密度以及粒子速度的时空分布、冲击雨贡纽、冲击起爆压力、爆轰压力等数据,以及主要中间产物和稳定产物分布。模拟结果显示,共晶的初始分解路径是CL-20中N—NO₂键断裂,主要稳定产物是N₂、CO₂和H₂O。CL-20和HMX的分解速率随着冲击波速度的增加而增加,并且逐渐接近,但各冲击条件下CL-20分子的衰减速率均大于HMX。     

三维显式有限元程序及炸药冲击起爆应用

冲击和爆炸数值模拟在军事工程和民用领域都应用广泛。基于显式有限元理论,本文介绍了自主研发的三维冲击和起爆流体动力学程序。该程序的功能包含了材料本构、状态方程、炸药反应速率方程和接触碰撞算法,能够模拟复杂条件下结构冲击和炸药起爆问题。由于采用面向对象的编程方法,程序结构相对简单并且容易修改。首先,进行了Taylor杆碰撞数值模拟,并将计算结果与实验结果以及DYNA2D结果进行了比较;接着,基于Lee-Tarver点火增长模型,模拟了冲击加载下裸炸药和带壳炸药的冲击起爆问题。计算结果表明,三维程序计算结果与实验值和商业软件结果都非常吻合,该程序能够较准确地模拟三维结构的冲击和炸药起爆问题。同时,基于面向对象开发的三维计算程序实现了模块化功能,易于后续开发,为冲击和爆炸计算程序的开发提供了参考。     

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。     

非均质固体炸药冲击起爆的物质点法

将点火增长方程引入到物质点法中,编制了相应的计算程序MPM-SDT,并求解了冲击起爆问题.通过与传统算法和实验结果的比较,验证了物质点法应用于冲击起爆问题的可行性.物质点法避免了Lagrange法的网格畸变缠结和Euler法的对流误差.最后,对钨、铜、钢等材料破片撞击屏蔽炸药问题进行了多组数值模拟.3种材料对屏蔽炸药的...     

CL-20基炸药水中爆炸气泡脉动实验研究

为研究CL-20基炸药、CL-20基含铝炸药水下爆炸气泡脉动情况,在2 m×2 m×2 m的实验水箱中开展小当量实验,采用高速摄影技术,得到炸药水中爆炸冲击波传播曲线,同时清晰地观测到气泡的产生、膨胀和收缩过程。拟合得到气泡脉动过程中气泡半径、速度、加速度对时间的变化曲线,对比分析了CL-20含铝与非含铝炸药水下爆炸气泡脉动规律。在实验条件下,首次直观地拍摄到CL-20含铝炸药水下爆炸的二次反应放热现象。实验表明:CL-20基含铝炸药的气泡半径、脉动周期都明显升高,半径增大13.7%,周期增大6.9%;冲击波峰值压力略有下降;水下爆炸测试技术以及高速摄影技术是研究观测含铝炸药二次反应的有效手段。     

均相炸药冲击起爆的一种机理共振起爆

应用点阵力学,导出了在一维链中简单同位素缺陷的平均热骚动速度,其公式中出现共振项,只要缺陷点的质量比周围的轻,其平均热骚动速度总比周围的大,因此只要达到某一值足以挣脱一维链时,就可以引起爆炸。这说明只要在均相炸药内存在轻原于或缺陷点,在冲击波作用下总可以引起爆炸。     

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。     

PBX-9404炸药冲击起爆的一维数值模拟

对Tang模型的阈值函数进行修改,给出了新的能量传递过程特征时间。将修改后的Tang模型加入到二维有限元动力分析程序DYNA2D中,计算PBX-9404炸药的冲击起爆过程,并与Forest-Fire模型和点火-燃烧-快反应模型的计算结果进行比较,结果表明:新模型的适用范围更广,而且p(t)曲线的波形、VN点和cj点的压力幅值都较理想。     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法,构建了新的细观反应速率模型,系列数值模拟结果与实验结果均一致,表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用：HMX占主导成分的PBXC03炸药,起爆压力低,冲击起爆过程受热点点火影响较明显,热点点火后的燃烧反应速度较快,表现为加速反应特性;TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药,起爆压力高,冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制,且点火后燃烧反应速度较慢,表现为稳定反应特性。

     

铝粉含量和粒度对CL-20含铝炸药水中爆炸反应特性的影响

为了研究CL-20基含铝炸药的爆炸反应机理,利用水中爆炸实验,测量了不同铝粉含量和粒度的CL-20炸药水中爆炸的冲击波参数、二次压力波参数,计算了冲击波能和气泡能。结果表明,水中爆炸的冲击波能和气泡能表征了爆轰和二次反应两个阶段的炸药爆炸能量分配,CL-20炸药中的铝粉主要在二次反应阶段发生反应,只有少部分的铝粉参与了早期的爆轰反应。气泡脉动形成的二次压力波能描述铝粉含量和粒度对二次反应过程的影响,铝粉含量对炸药的二次反应有显著的影响;铝粉粒度对炸药的水下爆炸的初始冲击波参数、冲击波能和气泡能的影响很小,对铝粉与爆轰产物的二次反应速率影响较大。     

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响

以压装TNT为例,开展二维拉氏实验,利用二维锰铜-康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径向位置的压力时程曲线和径向位移曲线.同时利用二维拉格朗日分析计算程序RFLA对压装TNT的冲击波起爆过程进行了计算,分别得到了在2个不同径向位置上各个Lagrange位置上的质点速度、相对比容、比内能等时程曲线.研究结果展现了侧向稀疏...     

退役单基药的冲击起爆特性

为了研究退役单基药的冲击起爆特性,参照GJB772A-97中卡片式隔板法实验方法,分别开展了退役单基药的连续爆速实验、冲击波感度实验及锰铜压力计实验,观测了其冲击起爆的爆轰建立过程,得到了临界隔板值以及临界起爆压力。在连续爆速实验中,隔板厚度为50 mm时,观察到了退役单基药反应冲击波不断增长的过程,并在90mm处转变为爆轰; 在冲击波感度以及锰铜压力计实验中,测得其临界隔板厚度为50~52 mm,临界起爆压力为1.35~1.49 GPa。对退役单基药的冲击起爆过程进行了数值模拟,结合三种实验的实验结果,标定了其点火增长模型反应速率方程参数。

     

亚微米级型CL-20的制备、表征与性能

采用超临界气体抗溶剂（gas anti-solvent, GAS）技术制备了平均粒径为721.9 nm的亚微米级型六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）,应用傅立叶变换红外光谱（Fourier translation infrared spectrum, FT-IR）,对亚微米级CL-20的晶型进行了鉴别,并进行了小隔板试验、撞击感度和爆发点测试。研究结果表明,细化后的亚微米级型CL-20冲击波感度的隔板厚度降低了58.6%,撞击感度的特性落高提高了84.1%,而爆发点保持不变。     

Impact initiation of explosives and propellants via statistical crack mechanics

A statistical approach has been developed for modeling the dynamic response of brittle materials by superimposing the effects of a myriad of microcracks, including opening, shear, growth and coalescence, taking as a starting point the well-established theory of penny-shaped cracks. This paper discusses the general approach, but in particular an application to the sensitivity of explosives and propellants, which often contain brittle constituents. We examine the hypothesis that the intense heating by frictional sliding between the faces of a closed crack during unstable growth can form a hot spot, causing localized melting, ignition, and fast burn of the reactive material adjacent to the crack. Opening and growth of a closed crack due to the pressure of burned gases inside the crack and interactions of adjacent cracks can lead to violent reaction, with detonation as a possible consequence.This approach was used to model a multiple-shock experiment by Mulford et al. [1993. Initiation of preshocked high explosives PBX-9404, PBX-9502, PBX-9501, monitored with in-material magnetic gauging. In: Proceedings of the 10th International Detonation Symposium, pp. 459-467] involving initiation and subsequent quenching of chemical reactions in a slab of PBX 9501 impacted by a two-material flyer plate. We examine the effects of crack orientation and temperature dependence of viscosity of the melt on the response. Numerical results confirm our theoretical finding [Zuo, Q.H., Dienes, J.K., 2005. On the stability of penny-shaped cracks with friction: the five types of brittle behavior. Int. J. Solids Struct. 42, 1309-1326] that crack orientation has a significant effect on brittle behavior, especially under compressive loading where interfacial friction plays an important role. With a reasonable choice of crack orientation and a temperature-dependent viscosity obtained from molecular dynamics calculations, the calculated particle velocities compare well with those measured using embedded velocity gauges.     

不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析

基于反应力场,采用NPT、NVT系综和Berendsen方法,对ε-、β-和γ-CL-20超晶胞在不同温度下的热分解反应过程进行分子动力学计算。结果表明：3种晶型CL-20的初始分解路径均是五元环和六元环中的N-NO₂键断裂生成·NO₂自由基,生成的主产物包括N₂、H₂O、CO、CO₂、NO₂、NO₃、HNO₂、HNO₃、N₂O₅、N₂O₂和NO等。相同晶型的CL-20发生热分解生成的主产物的反应速率常数随温度的升高而增大。

     

Numerical modeling of slug flow initiation in a horizontal channels using a two-fluid model

This paper presents a methodology for modeling slug initiation and growth in horizontal ducts. Transient two-fluid equations are solved numerically using a class of high-resolution shock capturing methods. The advantage of this method is that slug formation and growth in a stratified regime can be calculated directly from the solutions to the flow field differential equations. In addition, by using high-resolution shock capturing methods that do not contain numerical diffusion, the discontinuity generated by slugging in the flow field can be modeled with good accuracy. The two-fluid model is shown to be well-posed mathematically only under certain conditions. Under these circumstances, the two-fluid model is capable of correctly predicting and modeling the flow physics. When ill-posed, an unbounded instability occurs in the flow field solution, and the instability amplitude increases exponentially with decreasing mesh sizes. This work shows that there are three zones associated with slug formation. In addition, long wavelength slugs are shown to initiate from short wavelength waves. These short waves are generated at the interface of the two phases by the Kelvin-Helmholtz hydrodynamic instability. The results obtained through numerical modeling show good agreement with experimental results.     

固体非均质炸药冲击点火与起爆模型研究进展

综述了固体非均质炸药冲击点火与起爆模型研究的进展,主要探讨基于经验数据模型、微观机制模型和分子动力学理论模型这3类模型的理论基础、存在的问题和工程应用前景,认为基于微观机制点火与起爆模型具有物理概念清晰以及能够预测实验结果的优点和较好的工程应用前景,提出了后续发展的建议。