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。     

用原位漫反射红外光谱研究升温速率对HMX炸药热分解过程的影响

传统研究材料热稳定性的方法包括热失重（TG）（热介电法、热电阻）、真空安定性（VST）、差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC）等。其中，TG是测量炸药重量变化与温度的函数关系，ST是测量真空状态下炸药热分解所产生的气体量，DTA和DSC是测量炸药在不同温度下，由于发生相变所表现出的变化（吸热或放热）。以上这些方法得到的是炸药热性质的宏观信息，而无法反映炸药在不同温度下的微观化学变化。原位红外光谱法是一种新兴的动态研究方法。该方法结合ir原位实时监控和红外光谱精确分析物质化学结构的优点，通过实时跟踪材料在不同温度下的化学变化，测定材料的微观结构与温度的关系。     

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.     

孔洞缺陷对B炸药性能影响的理论计算

为探究孔洞缺陷及其大小对B炸药性能的影响,建立了3种空位缺陷浓度一致但孔洞大小不同的B炸药缺陷模型.采用分子动力学方法,计算得到了不同B炸药模型与感度、结合能、爆轰性能和力学性能相关的参数并进行了比较.结果表明,缺陷模型的键连双原子作用能和内聚能密度下降了9.93～23.88 kJ·mol~(-1)和0.0082～0.0254 kJ·cm~(-3),表明孔洞缺陷的存在使B炸药更敏感,且孔洞越大,敏感程度越高.缺陷模型的结合能下降了368.43～391.46 kJ·mol~(-1),表明孔洞缺陷导致B炸药的稳定性下降,且孔洞越大,稳定性越差.孔洞缺陷对B炸药的爆轰性能影响比较微弱,受密度下降的影响,爆速和爆压轻微下降.孔洞缺陷导致B炸药的弹性模量、体积模量、剪切模量和柯西压分别下降0.21～1.24 GPa、0.23～1.46 GPa;0.08～0.48 GPa以及0.09～0.44 GPa,体积模量与剪切模量的比值几乎不变,表明孔洞缺陷导致B炸药的抗变形能力和延展性变差.     

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     

JO-9159炸药的初始密度对爆轰波反应区宽度影响的实验研究

 利用电磁法对两种具有不同初始密度的JO-9159炸药的爆轰反应区宽度进行了测量。结果表明,对于JO-9159这种爆轰反应区非常窄的炸药,既使爆轰达到了定常状态,化学反应仍然与炸药的初始物理状态有关。     

JO—9159炸药的初发中密度对爆轰波反应区宽度影响的实验研究

利用电磁法对两种具有不同初始密度的ＪＯ－９１５９炸药的爆轰反应区宽度进行了测量。结果表明，对于ＪＯ－９１５９这种爆轰反应区非常窄的炸药，暨使爆轰达到了定常状态，化学反应仍然与炸药的初始物理状态有关。     

热分解法制备Bi替石榴石磁光薄膜的静态热磁模拟近似计算

对磁光薄膜进行热磁模拟可以了解影响热磁记录过程的各种因素及这些因素间的相互关系以及它们对写入信息的影响。采用近似计算方法对Bi、Al替DyIG磁光薄膜进行静态热磁模拟,得出在居里点写入的情况下写入点半径与定入功率、数值孔径、材料的反射率、材料的热导率及激光波长的关系。该方法为热磁定入过程提供了一种简捷的理论指导。     

弱点火条件下炸药燃烧转爆轰的数值模拟

考察颗粒炸药从传导燃烧到对流燃烧再到爆轰的过程.对装填密度为85%的HMX颗粒炸药的燃烧转爆轰过程进行数值模拟,分析传导燃烧、对流燃烧和爆轰的发展过程.点火早期燃烧速度很低,火焰面在8.16 ms之内只前进了不到0.2 mm;形成对流燃烧之后燃烧速度快速增加,只用了0.1 ms就形成了速度为8 165 m·s^-1的稳定爆轰.当炸药颗粒直径或点火压力减小时,形成稳定爆轰所需的时间增加.     

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。     

一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法

提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组,基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种"真正多维"的理论解,是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解：显式格式处理对流项,隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明,提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.     

来流温度影响驻定爆轰波结构和性能的数值研究

 采用数值模拟的方法研究了超音速来流撞击圆锥体诱导的驻定爆轰波的结构和性能,讨论了不同初始来流温度下,爆轰波结构和波后压力的变化。结果表明,随着来流初始温度的降低,爆轰波的增压比逐渐增加,有利于提高驻定爆轰发动机的推进性能。当初始温度较高时,爆轰波阵面呈现光滑平直的形态,而初始温度较低时,爆轰波呈现出明显的三波点结构,且温度越低,三波点数量越多排列越紧密,这些具有较高压力的三波点对爆轰波波后压力的变化起到了重要作用。     

气流对飞秒激光加工炸药装药过程的热安全性影响分析

由于炸药具有热传导系数小、对温度极其敏感的特点,在使用多脉冲飞秒激光对其进行持续加工时,极有可能在炸药内形成热累积,从而导致点火、燃烧等危险事件的发生。为了降低激光加工材料过程中的热效应,人们普遍采取在材料加工表面施加气流的方法。为了研究加载气流条件下,炸药装药在飞秒激光作用下产生的烧蚀产物的运动规律以及炸药装药内部的温度变化,建立了加载气流条件下飞秒激光加工炸药装药过程的二维流固耦合计算模型,对在单侧、双侧不同入射角度的亚音速气流作用下,飞秒激光加工奥克托今（HMX）炸药装药的过程进行了数值模拟计算。计算结果表明：单侧气流会在炸药加工表面形成漩涡流,导致烧蚀气体产物在炸药表面做旋转运动,加重了烧蚀产物对炸药的热影响;双侧气流会在远离炸药加工表面的地方形成较大的漩涡流,从而使烧蚀气体产物迅速离开炸药加工表面,有效降低了炸药的温度,提高了飞秒激光加工炸药装药过程的安全性。     

DDT管材料对颗粒状RDX床燃烧转爆轰（DDT）影响的实验研究

 采用盖帽探针、离子探针实验研究了点火药点燃时,DDT管材料变化（钢和铝）对颗粒状RDX床的燃烧转爆轰的影响。     

金刚石的石墨化及其对炸药爆轰合成超微金刚石产出率的影响

 金刚石的石墨化对于炸药爆轰过程中金刚石的产出率有重要的影响。对碳相图进行了讨论,提出采用金刚石-石墨的动力学平衡线来评价炸药爆轰过程中金刚石的石墨化。通过数值模拟,对炸药爆轰过程中金刚石的石墨化进行了分析和讨论。     

硝化纤维素生成焓、键离解能及爆轰性能的理论研究

运用密度泛函理论方法结合等键反应,研究了硝化纤维素(NC)单体的生成热及其不同位置上氧硝基键(ONO2)的键离解能,基于半经验的Kamlet-Jacobs方程估算了其爆速与爆压。结果表明:B3LYP和B3P86两种方法得到的计算结果较为接近,生成热均为负值,其大小与氧硝基的数目有关,与氧硝基的取代位置无关。理论计算得到的氧硝基键的键离解能与含氮量无关,而是与实际断裂的氧硝基键的数目相关。爆速和爆压的计算表明,NC单体中所含氧硝基的数量增多,会降低其爆速和爆压。     

金属圆筒内爆轰波对碰效应的欧拉数值模拟

运用基于Youngs技术的多介质欧拉方法及应用该方法研制的二维多介质弹塑性流体动力学欧拉程序meph2d对金属圆筒内爆轰波相互作用过程进行了数值模拟并获得成功，计算图像与实验照片吻合，计算结果与实验测量结果符合较好。说明采用多介质欧拉方法可以对此类爆轰波相互作用及爆轰驱动问题进行有效的数值模拟。     

原位漫反射红外光谱研究升温速率对HMX炸药热分解过程的影响

原位红外光谱法是一种新兴的动态研究方法。该方法具有原位实时监控和红外光谱精确分析物质化学结构的优点,能够实时跟踪材料在不同温度下的化学变化,测定材料的微观结构与温度的关系。采用原位漫反射红外光谱研究了炸药1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)分别在每min 5, 10, 20和40 ℃四种不同升温速率下的热分解行为。研究结果表明：在5 ℃·min-1升温速率下,断裂的HMX环发生分子内结合,在10, 20和40 ℃·min-1升温速率下,断裂的HMX发生分子间成环,形成稳定的八元环结构。随着温度的升高,C—N键的断裂数率远高于N—N键的断裂速率。随着升温速率的增加,C—N键的起始分解温度增加,表明增加升温速率会引起HMX分解的滞后。检测到HMX的分解所释放出CO₂, N₂O, CO, NO, HCHO, HONO, NO₂和HCN共八种气体,升温速率的变化未改变HMX的分解机理。     

材料特性对爆轰驱动飞层对碰凸起影响的数值模拟

应用多介质弹塑性L-R两步欧拉计算方法,对炸药两端起爆情况下柱面爆轰驱动飞层对碰凸起现象进行了数值模拟。在飞层为铅材料情况下,给出了铅飞层熔化区域及断裂图像,将对碰凸起计算结果与实验X光图像进行比较的基础上,进一步探索凸起现象的形成机制。从材料的熔点、弹塑性、密度、声速等方面对金属飞层对碰区凸起的影响进行了分析。综合分析几个计算模型的数值模拟结果,初步认为:材料强度大、密度大、熔点高能使飞层对碰凸起钝化,而材料声速较小会造成对碰区波系关系发生变化且正压作用时间增加,从而形成较严重的对碰凸起,材料声速大小对对碰凸起的影响较强度、密度等因素更明显。