爆轰测试方法基础(三)闪光X射线照相技术

闪光X射线照相技术是研究高速瞬变过程的有力工具,它广泛应用弹道学、爆炸动力学、等离子体物理学等研究中;还应用于短暂应力状态下材料的非破坏性检验、运动系统的监视、以及生物学和医学等领域。 闪光X射线照相技术还只有四十多年的历史。首先是由于军事科学上的需要,有力地推动了它的发展和日益完善:在民用上也逐步显示出它的优越性。     

高速摄影在爆炸力学研究中的某些应用

高速摄影这门技术在我国还很年轻,近年来,无论在高速摄影机的研制还是高速摄影技术本身,都有了很大的发展,在科学技术领域中已得到了人们极大的重视和广泛的应用。在爆炸力学研究中高速摄影已成为一个不可缺少的重要研究工具之一。利用高速摄影的方法观测爆炸的瞬变过程,有其突出的优点,它不受电场、磁场的干扰,利用闪光X射线高速摄影还能拍摄到不透明体内部情况,如破甲弹爆炸时形成的金属射流、材料受爆炸或高速冲击形成的坑穴、爆炸复合过程等等。高速摄影方法比较直观,能够重演被记录的过程,并将时间放大到数百万倍以上,这就有可能来仔细观察瞬息变化的微小过程。     

爆炸驱动固/液介质爆炸抛撒的实验研究

针对爆炸驱动固/液介质抛撒混合过程设计了透明双层抛撒装置。采用高速运动分析系统记录抛撒装置壳体破碎和固/液界面、固/液介质抛撒形态的演变过程,结果表明:壳体裂纹的产生和断裂首先出现在轴向方向;固/液界面在外层壳体破碎之前清晰可见,表明固/液介质的混合主要发生在壳体破碎之后;导爆索驱动下呈现滑移爆轰驱力特征,介质抛撒形状呈倒圆台形,不同截面处的介质运动速度随截面到起爆端轴向距离的增大而减小。     

速度跟踪式同步机的研制和应用

速度跟踪式同步机是一种新型的多功能仪器。它可以自动跟踪某些物理现象,解决实验的准确同步问题。它具有极强的抗干扰性能,可以在强电磁场干扰的恶劣条件下工作。它可以应用到闪光X射线同步照相、高速摄影、电测等各个领域,在传统的同步方式不能满足实验要求的情况下,获得令人满意的测试结果。     

壳体约束对液体爆炸抛撒流场特性的影响

进行了不同壳体约束条件下的液体爆炸抛撒实验,讨论了壳体对起爆后早期抛撒流场特征的影响,分析了爆炸分散过程中液体的状态变化和破碎分散机理,并通过数值模拟进行了对比分析。结果表明,在爆炸反射稀疏波的作用下液体发生空化现象,壳体强度越高,空化发生的延迟越大,发生位置越靠近爆心,同时,爆炸产物气体与液体在其界面附近越早发生掺混。     

液体的爆炸抛撒特征

针对液体爆炸抛撒过程设计了实验装置,利用高速摄像仪进行记录。通过研究不同中心装药量和 填充液体的抛撒过程,发现在壳体破裂后,液体沿裂缝处向外飞散。药量较小时,液体分散成树枝状形态,然 后破碎成液滴;药量较大时,则形成液体环状区。对于不同粘度的液体,环状区分别由小液滴及已雾化、汽化 的液体,或大液滴、液体丝及液膜等组成,抛撒过程中其宽度越来越大,大液滴、液体丝及液膜等也逐渐破碎成 细小的液滴。     

闪光X射线长幅摄影技术及初步应用

本文介绍了对特定条件下的闪光X射线摄影技术所作的改造及其在聚能装药等爆轰实验中拍摄2m幅长的X射线照片的应用情况。     

高速摄影技术培训消息

中国光学学会高速摄影与光子学专业委员会委托西南流体物理研究所承办高速摄影技术培训班,时间拟定于1984年7月中旬至8月中旬。 在培训期间,主要通过讲课和实验使学员掌握高速摄影的各种测试方法,包括高速相机的原理及操作技术、暗室技术、图象处理技术、脉冲X光摄影技术、全息摄影技术、国内外高速摄影文献资料检索方法等内容。教员由长期从事高速摄影技术的科研人员担任。培训对象主要为从事爆炸专     

数字图象处理技术在碎片杀伤战斗部试验诊断中的应用

本文提出的数字图象处理技术,可用于测量爆炸金属碎片的质量和碎片质心的空间位置。它采用的原始图象由闪光X光照相获得。初步实验结果表明,这项技术是可行的。     

爆炸驱动液体分层现象和液滴尺寸模拟

爆炸驱动液体介质外界面的分散和破碎是气溶胶云团形成的重要过程。采用基于维数分裂的欧拉程序和Youngs混合界面处理方法,对中心药爆炸驱动甘油和水介质流场的液体分层现象进行了数值模拟。结合试验结果推断提出了液滴形成过程的三种并存机制:外层射流破碎、内层R-T失稳和中间液层"空化"破碎,分别建立了不同液层破碎液滴的尺寸模拟方法。对比给出抛撒甘油和水装置初级液滴的尺寸分布及最外层理论射流量。     

金属柱壳膨胀断裂的实验与数值模拟

基于一端起爆的柱壳外爆加载装置,采用多普勒速度测量仪(DPS)及高速分幅相机联合诊断柱壳的膨胀断裂过程。实验获得了壳体表面的速度历史和膨胀变形、裂纹萌生扩展到爆轰产物泄露的动态图像。利用光滑粒子流体动力学方法(SPH)开展了对应的数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。实验与数值模拟结果系统地给出了冲击波入射柱壳角、爆轰波稀疏角、内壁速度压力历史及壳体变形应变、壳体断裂等物理信息。     

Simultaneous high speed digital cinematographic and X-ray radiographic imaging of a intense multi-fluid interaction with rapid phase changes

As typical for the study of the vapor explosions, the qualitative and quantitative understanding of the phenomena requires visualization of both material and interface dynamics. A new approach to multi-fluid multiphase visualization is presented with the focus on the development of a synchronized high-speed visualization by digital cinematography and X-ray radiography. The developed system, named SHARP (simultaneous high-speed acquisition of X-ray radiography and photography), and its image processing methodology, directed to an image synchronization procedure and a separate quantification of vapor and molten material dynamics, is presented in this paper. Furthermore, we exploit an intrinsic property of the X-ray radiation, namely the differences in linear mass attenuation coefficients over the beam path through a multi-component system, to characterize the evolution of molten material distribution. Analysis of the data obtained by the SHARP system and image processing procedure developed granted new insights into the physics of the vapor explosion phenomena, as well as, quantitative information of the associated dynamic micro-interactions.     

Investigation of blast wave characteristics for layered thermobaric charges

The explosion of an annular charge composed of a hexogen core and a layer consisting of a mixture of ammonium nitrate and aluminum particles was studied. X-ray photography was used to trace the curvature of the shock wave in the external layer. The pressure blast characteristics and the light output of the explosion cloud were investigated using bunkers of different sizes and varying levels of the opening (the ratio of the hole surface to the total bunker surface). Overpressure peaks, the impulses of incident waves, and the impulses determined for the specified time duration were analyzed.     

约束层对金属柱壳膨胀变形影响的数值模拟

对金属铝和硬质聚氨酯泡沫组合的约束层对45钢柱壳膨胀断裂性能的影响进行了数值模拟,得到三种约束条件下45钢柱壳在膨胀过程中表面的速度和位移历史剖面,对比分析了在约束层作用下45钢柱壳膨胀变形动态行为。利用高速分幅相机及中能X光机获得了多个时刻45钢柱壳的动态图像和柱壳膨胀后的工程应变,实验结果与数值模拟结果吻合。结果可对爆轰加载下约束层对45钢柱壳膨胀变形的物理规律进行定量认识。     

Air entrapment during a high-speed liquid jet entry in a deep water surface

The fluid dynamic phenomena of a high speed liquid jet impact on a deep water surface have been studied using Imacon high-speed photography. Both framing and streak techniques are applied to investigate the initial impact stage and penetration velocity. The cavitation caused by air entrapment between two colliding liquid surfaces has been found. The bubble collapse experiences different stages in relation to the contact area, liquid shock wave, release wave and fluid convection.     

超临界CO2气爆煤体致裂机理实验研究

为提高超临界CO₂气爆低渗透煤层增透技术的应用水平,进一步研究超临界CO₂气爆煤体致裂机理,利用自主研发的超临界CO₂气爆装置,在多通道电液伺服相似材料试验台上,对原煤和混凝土大试件(1 m×1 m×0.5 m)进行了超临界CO₂气爆实验,用动态应变仪采集试件内部监测点处的变形和破坏信息,并用工业窥镜对爆破孔内裂隙分布进行了观测。分析气爆应力波的变化规律和气爆后试件的破坏形貌特征可知,距离气爆孔由近及远依次分为粉碎区、裂隙区和震动区,其形成机理为:超临界CO₂冲击气爆孔周围介质并形成远超介质抗压强度的球面纵波,介质在径向压应力作用下发生粉碎性破坏,形成粉碎区;应力波传播能量逐步衰减,不足以使介质产生压缩破坏,然而脆性材料抗压不抗拉,其产生的环向应力仍然使介质产生径向裂隙,应力波之后具有准静态加载作用的高压CO₂气体进入裂隙形成气楔,促使裂隙进一步发育和扩展,形成裂隙区;裂隙区以外的介质在低能量应力波的作用下只发生震动,未发生明显破坏,即震动区。裂隙的扩展速度与其到气爆孔距离符合“S”形曲线衰减,裂隙的高速扩展发生在粉碎区,低速扩展发生在裂隙区;距离气爆孔越远,测点的峰值应变越小,相同距离内节理裂隙等结构面越复杂,峰值应变减小的幅度越大且应变波形差别越大。     

金属圆管内爆轰波相互作用效应的数值模拟研究

采用动力学有限元程序,针对大变形带来的网格扭曲造成计算的锁死现象进行了ALE技术处理,结合高速摄影和X光照相实验结果,对金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行数值模拟,给出了爆轰波对碰作用下金属圆管运动计算结果,复现了金属圆管对碰区鼓包现象,计算结果与实验吻合较好。可以预见,基于该方法能够初步分析影响金属圆管运动规律的诸多因素。     

初应力条件下超临界CO2气爆致裂规律研究

为研究地下爆破工程中初始地应力条件下超临界CO2气爆的致裂规律,利用自主研发的三轴加载式超临界CO2气爆实验系统,对不同应力组合工况下混凝土试件进行了超临界CO2气爆致裂实验,实验结果表明超临界CO2气爆爆破峰值压力低且高压持续时间长,致裂过程不同于传统炸药爆破,分为动态和准静态过程：应力波将气爆孔附近介质压碎形成粉碎区,在环向拉应力作用下粉碎区周围介质产生径向裂隙的动态过程,高压CO2气体进入裂隙形成气楔,促使裂隙继续扩展的准静态过程,得到了气爆后试件沿最大初始压应力方向开裂的规律。通过理论计算的方法分析了初应力作用下气爆过程中介质应力状态的变化规律,揭示了初应力影响裂纹起裂和扩展的机理：位于气爆孔最大初始压应力方向的介质产生初始环向压应力最小,在超临界CO2径向冲击产生的环向拉应力作用下首先发生开裂;位于气爆孔最小初始压应力方向介质中初始环向压应力最大,开裂所需的径向冲击压力增大,开裂滞后;垂直裂隙方向的应力抑制裂隙的张开而阻碍CO2气体的进入,同时增大了裂隙扩展所需的气楔压力,气楔作用效果大幅减弱,对裂隙扩展的阻碍作用显著。裂隙的扩展速度与扩展距离呈“S型”曲线关系,初始压应力越大,裂隙扩展相同距离降低的速度值越大,且压碎区和裂隙扩展范围逐渐减小。     

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。