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。     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

聚龙一号上磁驱动铝飞片发射实验的数值分析与再设计

聚龙一号上PTS-151发次实验中,磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s,磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析,结果表明:PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀,测试的最大速度为飞片自由面速度;PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀,实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前,370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s,482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s,远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计,飞片厚度为680 μm时最优,既能保证自由面未烧蚀,又使得飞片的速度最大,达到17.5 km/s。     

MB2镁等四种金属材料的本构关系和动态断裂研究

采用炸药爆轰－分离飞片加载装置与电容传感技术相结合，由高速示波器连续记录靶板自由面速度剖面，通过波剖面的时间分辨测量，研究了ＭＢ＿２镁、ＬＹ－１２铝、钨合金、２１６９钢四种金属材料的动力学响应特性，给出了这几种材料在弹性－理想塑性模型假设下的本构关系，还给出了它们的动态断裂强度，并对标准化层裂强度与破坏比功、屈服强度之间的相关性进行了分析和讨论。     

爆炸加载下金属缝隙射流定量诊断实验研究

爆轰加载下金属飞片缝隙处会有射流产生,金属缝隙射流的喷射速度可达数千米/秒,而其射流线密度只有几个mg/cm量级。采用高速摄影以及脉冲软X光照相方法对缝隙射流进行了动态观测和(半)定量测量,通过不同条件下的系列实验获得了金属射流喷射特性和射流质量随飞片材料、加载压力、缝隙宽度以及加载方式等的变化规律,通过实验数据分析拟合,初步给出了射流质量随各影响因素变化的经验型定标率模型。     

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。     

激光干涉测速技术

在材料的高压状态方程和动力学特性研究中,经常利用冲击波加载。这类实验需要高精度测量自由面速度,两种不同材料的界面速度及各种不同材料的粒子速度等。目前,世界上已有几十台激光干涉仪用于冲击波物理的研究,成功地测量了飞片速度,自由面速度,波后粒子速度及界面速度等。     

基于“钉床型”飞片的斜波加载技术及应用

为了实现斜波加载,设计了一种“钉床型”广义波阻抗梯度飞片,即在基座上密排叠加许多小圆锥,简称“钉床型”飞片。该飞片采用激光选区熔化金属增材制造技术进行制备。利用一级轻气炮加载装置和全光纤激光位移干涉测试系统,开展不同工况下“钉床型”飞片高速击靶压缩实验和层裂实验,重点讨论小圆锥高度和撞击速度对斜波压缩加载波形的影响规律,以及斜波加载对不锈钢靶板层裂特性的影响。实验结果显示:（1）“钉床型”飞片对靶板产生的压缩是逐步的,从自由面速度剖面上观察到压缩波上升前沿时间被显著延长,形成了斜波波阵面,明显不同于冲击压缩的陡峭波阵面;（2）在飞片击靶速度近似恒定条件下,斜波波阵面的上升沿时间、平台速度峰值都明显依赖于“钉床型”飞片上的小圆锥高度,随着小圆锥高度增大,上升沿时间呈线性增大,而平台速度峰值呈线性减小;（3）在“钉床型”飞片的几何尺寸保持不变的条件下,斜波波阵面的上升沿时间随着飞片击靶速度的增大而线性减小,平台速度峰值则线性增大;（4）与冲击加载相比,“钉床型”飞片产生的斜波加载不会对材料的层裂强度产生明显影响,但对材料内部损伤演化速率有一定的影响。     

实现应变率为105~106 s-1的阻抗梯度飞片复杂加载波形计算分析

为了在气炮上实现应变率为105~106 s-1的复杂加载技术研究,采用自行研制的拉格朗日程序MLEP(multi-material Lagrangian elastic-plastic)对Al-Cu-W材料体系的阻抗梯度飞片复杂加载不锈钢靶板进行数值模拟,计算设计并分析了阻抗梯度飞片的厚度和密度分布指数对靶板压力、速度和应变率峰值等波形的影响。结果表明:密度指数分布越大,加载时间越短,加载后期的压力、速度和应变率峰值曲线更陡峭;同时, 为了避免靶板/LiF窗口界面反射的稀疏波早于阻抗梯度飞片后界面反射的稀疏波达到碰撞面位置,计算设计中还考虑了飞片厚度的影响。此外,对基于理论设计的阻抗梯度飞片进行了动态考核实验,实验结果基本反映了预期的设计,为材料强度的测量奠定了基础。     

内爆和柱壳条件下无氧铜的层裂特性

利用任意反射面位移干涉系统(DISAR)激光测速技术,成功地获得了滑移内爆加载和柱壳结构条件下无氧铜的内表面（自由面）速度剖面,并对其层裂特性进行了初步分析。结果表明:(1)在固定炸药和改变无氧铜圆管壁厚条件下,层裂片厚度随着圆管壁厚h的减小而增加;以圆管壁厚h为参照进行归一化,则相对层裂片厚度(/h)随相对装药厚度(he/h)的增大而增加,这种规律与以往对20钢的研究结果一致,但圆管发生层裂的临界条件,却显示出明显的材料相关性。(2)初步来看,无氧铜的层裂强度对结构的依赖性不明显,而与加载脉冲的幅值和宽度相关。(3)受无氧铜粘性和Taylor波衰减的影响,无氧铜的层裂强度随管壁厚度的增加而略有降低;同时,材料分散性也对此有一定影响。     

定向约束提高炸药作功能力的实验研究

采用任意反射面激光干涉测速技术,通过测量飞片的自由面速度,对比研究了50 mm50 mm的含铝炸药在10 mm厚的钢筒约束条件下和无约束状态时对50 mm1.5 mm钢飞片的作功效能,实验结果表明,采用钢筒约束装置后,炸药对钢飞片的作功效能明显提高,钢飞片的飞行速度提高了34.8％,动能提高了81.7％。     

可控爆轰平面加载样品回收装置

介绍了一种可控爆轰平面加载样品回收装置，该装置包括一个近似平面波发生器和一个“动量陷阱”式样品腔体。工作原理是由近似平面波发生器加速一块飞片，经适当长空腔飞行后与样品腔体碰撞，产生高压冲击波对样品实现冲击波压缩，并由“动量陷阱”式腔体回收样品，飞片材料为４５钢。此装置可在１．５￣３．５ｋｍ／ｓ范围内实现飞片击靶速度的连续调节，并且具有较理想的飞片击靶平面性，经测定在直径３０ｍｍ的范围内飞片弯曲的时     

带空腔爆轰加载装置对驱动飞片的影响

结合实验和数值模拟技术 ,研究了在炸药透镜和飞片之间引入空腔对爆轰躯体的定量影响。计算和实验结果基本一致 ,表明引入空腔的爆轰加载装置可以推动厚度 6mm以上的厚飞片 ,并可以避免飞片中出现层裂现象 ,从而可以实现较低的冲击压力和较长的压力脉宽 ,在推动厚飞片和较严格地控制作用时间方面也有明显的优点。     

滑移爆轰驱动钢管的层裂

将VG损伤模型推广到二维情况,考虑了最大主应力方向对损伤演化的影响,并使用显式断裂算法对20钢管在GI-920炸药滑移爆轰驱动下层裂的问题进行二维数值模拟。分析了一维内爆和滑移爆轰两种加载方式下作用于钢管外表面的压力及钢管内部受力状态的区别,考察了滑移爆轰加载方式下钢管外表面的受力随炸药厚度变化的规律,进而研究了钢管内损伤的分布和演化,以及裂纹的产生和扩展现象。计算得到的层裂片初始厚度随炸药厚度的变化规律与实验结果符合较好。     

间隙对金属锡爆轰加载过程的影响

采用高能炸药透过钢板对锡样品开展爆轰加载实验,并通过数值模拟对实验结果进行验证,分析不同间隙对爆轰加载过程的影响。研究结果表明:亚毫米级别的样品间隙能对实验结果会产生显著影响;一方面锡样品与钢层间的间隙将导致冲击波在间隙表面发生强反射,反射稀疏波在钢层与炸药界面再次反射形成较强的后续压缩冲击波,进而导致锡样品的加载压力显著升高,另一方面,金属层间与炸药间的间隙将导致加载压力降低;相较于金属层间与炸药间的间隙,锡样品与钢层间的间隙对加载影响更严重,并且随着间隙尺寸变化,两种情况中间隙影响的变化趋势也有所差异。     

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。     

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。     

PBX-9501强爆轰产物状态方程的数值模拟

利用P.K.Tang的JWL强爆轰产物状态方程改造了DEFEL二维弹塑性流有限元源程序,并用改造后的DEFEL程序模拟了一系列飞片撞击PBX-9501炸药的一维强爆轰过程,给出了炸药驱动二级飞片(铝)的速度。计算得到的产物状态参数与实验测量结果符合较好,验证了增加修正项的新状态方程可较好地描述高能炸药的超压爆轰的高压流体动力学过程。     

多级炸药爆轰高速驱动技术的Gurney模型优化分析

利用多级炸药 飞片装置可得到速度在10km/s以上、直径数厘米的末级平面飞片,在高压物态方程和高速碰撞等实验研究中有重要应用前景。改进了爆炸驱动的Gurney模型,推广用于典型的二级爆轰驱动(前级飞片 炸药层 后级飞片)装置的分析,得到前、后级飞片终速度的计算公式,与实验结果符合较好。根据对炸药层厚度优化计算结果的讨论可知,对于综合利用前级飞片动能和炸药层能量最有利的后级飞片速度处于2～3倍Gurney速度的范围。前级飞片速度很高时,后级飞片速度趋于两者直接弹性碰撞的结果。     

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。