复板静载弯曲挠度对爆炸焊接参数的影响

 爆炸焊接是利用炸药爆轰压力工作的固态焊接技术,广泛应用于制造层状金属复合材料。但对薄复板施焊安装过程中,薄板在自重及炸药重量作用下将发生弯曲。基于弹性力学薄板理论,得出了复板受均布载荷作用下产生的挠度及转角表达式;又通过分析爆炸焊接过程中的基、复板的运动参数,结合再入射流形成的声速限条件、流动限条件,推导出爆炸焊接时射流形成的预置角范围;最后将两者结合推导出在给定复板材料及长、宽的条件下,成功施焊所要求的复板最小厚度。     

起爆方式对复合战斗部毁伤输出的影响

为了进一步提高复合战斗部的毁伤输出效率,基于一种可形成聚能侵彻体、预制破片和自然破片3种毁伤元的破甲杀伤复合战斗部结构,应用LS-DYNA数值仿真软件,研究了起爆点位置、起爆直径和起爆点数量对复合战斗部各毁伤元成型和能量输出的影响,讨论了实现战斗部毁伤威力可调的技术路径。结果表明:起爆点距药型罩越远、数量越多、起爆直径越大,由药型罩形成的聚能侵彻体的头部速度越高,头尾速度差和长径比越大,速度增益最高可达50%,可以实现爆炸成型弹丸(EFP)到聚能杆式侵彻体(JPC)转换;在装药内部轴线阵列多点起爆时,聚能侵彻体的成型基本仅与离药型罩最近的起爆点有关。对于预制破片,装药高度60 mm(P2)处起爆速度最快,增加起爆点数量和增大起爆直径可以有效提高预制破片的最高速度,但整体上最低速度仍在600 m/s上下波动,变化并不显著。对于壳体形成的自然破片,以平均速度来表征时,整体变化并不明显,速度增益不足10%,但合理的起爆方式可使壳体断裂形成的自然破片更均匀,有利于调整破片质量分布。通过控制起爆方式可在一定程度上实现复合战斗部毁伤威力可调,但对于破片速度的调控仍需进一步研究。     

高速杆式弹丸三维数值模拟

 应用LS-DYNA动力学分析软件对变球缺型罩装药结构下高速杆式弹丸的形成过程进行数值模拟研究,揭示了其成型机理,并研究了中心点起爆、四点同时起爆和环形起爆等三种起爆方式对高速杆式侵彻体的成型和性能参数的影响,得到了弹体的速度分布。数值计算结果显示：变球缺型罩装药结构能形成速度高、长径比大、质量分布合理的高速杆式侵彻体,其成型机理兼有聚能射流和翻转型爆炸成型弹丸的特点,即上半部罩微元直接向轴线压合,下半部罩微元向轴线压合时逐渐向后翻转变形。不同起爆方式下所形成的高速杆式弹丸的形状和性能参数有所不同,其中环形起爆所形成的弹体性能参数最优。实验结果所反映的起爆方式的影响规律与数值计算结果是一致的。     

多点起爆下药型罩表面压力分布规律研究

 为了掌握多点起爆下药型罩表面压力的分布规律以及起爆点参数对压力分布的影响,运用LS-DYNA 3D有限元软件,对多点起爆时爆轰波相互碰撞并作用于药型罩的过程进行数值仿真研究。仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：多点起爆时,爆轰波在起爆点的对称平面处发生碰撞,碰撞位置出现超压现象,导致作用于药型罩表面的爆轰载荷分布不均匀,爆轰波碰撞区域的压力高于非碰撞区域;随着起爆点间距的增大,爆轰波作用于药型罩顶部的压力逐渐增大,而边缘部位的压力则逐渐减小,当间距为50 mm时压力发生突降,即起爆点间距存在上限值;随着起爆点数的增加,药型罩表面微元的压力逐渐增大,但增加幅度逐渐减小,压力的总体分布规律相似。研究结果为带尾翼爆炸成形弹丸战斗部中起爆点参数等关键技术设计提供了理论依据。     

炸药爆炸变形和首次破碎的研究

 利用纹影技术研究了炸药爆轰后驱动物质的变形过程。为了便于观察,待测物质选取为变形比较大的介质水。实验观察表明,在炸药爆轰作用下,筒状水的膨胀首先由雷管起爆端开始,形成了倾斜状、波浪形的界面。结果表明：阵面的波动破裂均从外界面开始,界面的不稳定性可能是导致其失稳并破碎的主要原因。实验还观察到炸药爆轰后不同延迟时间的物体从大块变成小块的发展过程。研究中克服了炸药爆轰产物发光对图像的影响,以及爆炸振动对光路的影响。研制了一种简易的触发探针,解决了外光源和炸药爆轰的同步问题。     

双硬度靶对球形弹丸的防护性能

以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5mm的滑膛枪发射直径为6mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光滑粒子流体动力学(FE-SPH)耦合法,进行数值模拟。基于实验和数值模拟结果,分析了不同靶板的毁伤机理和破坏模式,以及靶板厚度、强度等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形弹丸的垂直侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;对于双层靶而言,钢面板与铝背板的厚度比约为2/3时,复合靶的抗侵彻性能最差;数值计算结果与实验结果吻合良好,表明FE-SPH耦合算法可较好地预测双层复合靶板的抗侵彻性能。     

点起爆炸药驱动平板飞片运动的数值模拟研究

 为研究点起爆发散爆轰波驱动飞片的运动特性,自行研制了二维流体动力学程序TDY2D,采用由实验所标定炸药的状态方程参数,对3种长径比相差较大的点起爆炸药驱动平板飞片运动的模型进行了数值模拟计算,并对结果进行了分析。计算所得的飞片运动历史和击靶波形均与实验符合较好,具有较高的计算精度,从而验证了该程序的准确性和有效性。     

“最小键级原理”的从头算证实———苯和苯胺类硝基衍生物

感度是爆炸物对外界刺激的敏感程度 ,是火药、炸药和起爆药的基本属性 .在外界撞击作用下炸药发生爆炸的难易程度即该炸药的撞击感度 .感度通常依靠实测 ,从理论上加以判别是人们追求的目标 ,故研究炸药感度与结构的关系一直是该领域的热点 .根据撞击引起热解、热解引起爆炸、撞击感度主要与热解引发步骤相关联等思想 ,我们建议了“最小键级原理 (PSBO)”[1- 4] :对系列结构相似爆炸物 ,其热解引发键键级 (或重叠布居 )越小 ,则撞击感度越大 ;热解引发键键级越大 ,则撞击感度越小 .该判据已在多系列炸药中获得证实和应用[1- 4] .“热解引…     

基于理想流体对称碰撞模型的爆炸焊接流场角变形计算

 采用理想流体对称碰撞模型,分析了爆炸焊接流场中沿流线的物理变形,推导出了角变形的理论计算公式,并采用Visual C++语言对其进行了编程计算,获得了驻点近区角变形的大小及变化规律。结果表明,在驻点近区,沿来流至出流方向角变形逐步增大,其变化率在驻点附近最大;沿出流方向,给定碰撞角,角变形随来流速度的增加而增大;给定来流速度,角变形随碰撞角的增大而减小。从理论和实验方面,间接地将计算结果与前人的结论进行了对比验证,结果是一致的,以此为基础配合驻点近区的应变率场,讨论了其对爆炸焊接波状界面形成的影响。     

大锥角聚能射流实验

通过闪光X射线摄影技术研究了大锥角射流的形成机理及其对钢靶的侵彻。典型的实验装置及其产生的射流见图1(图中t是以雷管起爆为零的时间)。实验装置由主装药、药形罩、壳体、环形起爆器、雷管等组成，LY12铝壳体壁厚为3mm，主装药为RHT-901(RDX/TNT=60／40)，在环形起爆器上，沿φ90的圆周上均匀布置32个起爆点，产生环形爆轰波，药形罩为紫铜，并进行了截顶处理。截顶有3方面的作用：一是降低药形罩高度，从而降低装置长径比；二是降低杵体质量，因为在药形罩的顶部，罩微元压垮距离短，得不到充分的加速，大部分形成杵体，截顶后，顶部罩微元压垮距离增加，压垮速度相应增加，从而降低杵体质量；三是提高射流头部速度，这是因为，越靠近罩顶部，微元压合速度越低，导致后面的射流微元速度高于它前面的，产生反向速度梯度，从而引起射流质量“聚集”，形成射流的头部，这种质量的“聚集”降低了射流头部速度。     

爆炸焊接斜碰撞过程的数值模拟

 借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA 11.0,建立了考虑材料强度的流体弹塑性力学模型,运用光滑粒子流体动力学（SPH）方法,对爆炸焊接斜碰撞过程进行了数值模拟。界面波和射流的模拟结果与爆炸焊接生产实际中的现象较为吻合,说明采用SPH方法对爆炸焊接斜碰撞过程进行模拟研究是有科学价值的。     

一种准二维柱面爆炸波加载装置的设计与验证

基于竖直爆轰管和径向Hele-Shaw Cell,设计并搭建了一套准二维柱面爆炸波加载装置,可以实现对Hele-Shaw Cell内部材料界面的径向冲击加载.竖直爆轰管内部的预混气体在底部点燃后,形成向上传播的冲击波,冲击波冲破爆轰管开口与Hele-Shaw Cell底板开孔之间的隔膜后,被Hele-Shaw Cell...     

钝感炸药JB9014的多点起爆实验研究

 同时使用光子学弹道靶场相机（SVR）和转镜式高速扫描相机，对钝感炸药JB9014进行了一点、两点和四点起爆实验研究，获得了爆轰波出炸药底面的波形发展情况，并对实验结果进行了分析。     

JB-9001钝感炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“压力对比法”实验技术，通过锰铜压力计测试待测炸药样品和LY12铝样品在LY12铝飞片的同时撞击下的界面压力p_exp和p_Al，从冲击波关系式和正交回归直线拟合分析，确定了JB-9001钝感炸药的冲击Hugoniot关系。     

非均匀炸药冲击起爆和起爆后的行为

 介绍并分析了Campbell 等人及其他作者研究非均匀炸药冲击起爆和起爆后行为所获得的实验结果,但不涉及其冲击起爆条件。足够强的冲击波进入非均匀炸药后,爆轰将瞬时（指不经过感应时间）且直接（指不经过其他过程,如爆燃）被引发;非均匀炸药起爆后,其中传播的自始至终是一个不断增长的爆轰波,直至发展为正常爆轰,整个过程都是爆轰的增长（新定义）过程。不存在由反应冲击波不断增长并转变为爆轰波的所谓向爆轰的增长。所谓向爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的初期;Craig原定义的爆轰的增长,实际上是爆轰的增长（按新定义）的后期;而所谓反应冲击波,实际上是增长中的初期爆轰波。爆轰的增长（按新定义）是所有猛炸药的特性,炸药反应不充分并逐渐趋于充分是爆轰的增长的化学机制。     

JB9014钝感炸药冲击绝热线测量

 利用压力对比法,采用锰铜计测量待测炸药样品和LY12铝标准样品在LY12铝飞片同时撞击下的界面压力,运用冲击波关系式和正交回归直线拟合分析,确定了JB9014钝感炸药冲击绝热线关系式。     

FAE装置参数对燃料抛撒与爆炸威力影响的实验研究

 采用高速运动分析系统对FAE实验装置爆炸抛撒过程进行观测,描述了燃料抛撒过程的不同阶段,实验研究了比药量、长径比、壳体材质等装置参数对燃料抛撒与爆炸威力的影响。结果表明,燃料抛撒过程可分为射流形成与扩散运动阶段、燃料两向膨胀运动阶段和气液融合运动阶段。不同阶段对应不同的流体动力学特征,对云团形成的贡献不同。在实验装置总体优化条件下,适当增大比药量可提高云团覆盖面积与体积;在实验范围内长径比不是影响云团状态的显著因素,但长径比较大时可使燃料抛撒均匀性更好;采用钢质壳体时云雾抛撒状态明显优于铝质壳体。实验证明,采用碳钢壳体、比药量3%左右、长径比为3~5且装置参数良好匹配时,可获得理想的云团状态和高威力爆炸波毁伤效应。     

超高速发射实验模型的数值计算

 采用三阶精度PPM（Parabolic Piecewise Method）方法和VOF（Volume of Fluid）相结合,运用Lagrange-Remapping算法,编制了多介质流体高精度欧拉计算程序MFPPM,可以对多介质复杂流场进行数值计算。对程序计算精度进行了测试,并应用于超高速发射实验模型数值计算,对Sandia实验室不带会聚作用的实验模型进行了一维计算以及带会聚作用的实验模型进行二维计算并与其实验结果和CTH计算结果进行对比,其中一维计算最大相对误差1%,二维计算相对误差4.7%,在此基础上对超高速发射设计模型进行了初步计算。