非嵌入式多项式混沌法在爆轰产物JWL参数评估中的应用

介绍了非嵌入多项式混沌法的数学模型,给出了非嵌入式多项式混沌法进行不确定度量化的主要步骤。采用此方法研究了平面、散心爆轰问题数值模拟中, JWL模型参数R₁、R₂服从均匀分布的随机变量时所引起的爆轰过程计算结果的不确度性,着重分析了爆轰传播过程中压力与密度的统计特性。研究结果表明,非嵌入式多项式混沌法可以为模型输入参数不确定性的传播对输出结果响应量的影响建立一种有效不确定度评估方法,为使用JWL模型时选取参数提供参考。     

一种与爆轰参数封闭的JWL方程参数确定方法

利用数值模拟和理论计算分析了炸药JWL状态方程参数与爆轰参数封闭的重要性;获得了利用圆筒实验测试结果计算炸药爆轰产物绝热等熵指数和爆压的方法;建立了与爆轰参数封闭的JWL状态方程参数的确定方法,并依据公布的圆筒实验数据,应用于两种典型炸药JWL状态方程参数的确定,获得的参数与炸药爆轰参数严格封闭,数值模拟结果与实验结果一致性好,表明炸药JWL参数确定方法合理可靠。     

膨胀石墨燃爆剂JWL状态方程参数拟合

用LS-DYNA对膨胀石墨燃爆剂爆炸过程进行数值模拟时,需要提供膨胀石墨燃爆剂的JWL状态方程的参数。把凝聚炸药等熵线物态方程作为目标方程,通过差分进化法拟合得出膨胀石墨燃爆剂JWL状态方程的参数。通过圆筒实验对所求得的参数进行验证,结果表明,理论值与实验值最大误差不超过3.3%,能够满足膨胀石墨燃爆剂爆炸模拟研究的需要。     

RDX基PBX的做功能力及JWL状态方程参数确定

为研究RDX基PBX炸药的做功能力并确定其爆轰产物的JWL状态方程参数,对RDX基PBX炸药和TNT炸药进行?50 mm标准圆筒实验,获得了圆筒膨胀位移和速度的时程曲线,对比得出RDX基PBX炸药的做功能力明显高于TNT炸药;基于能量守恒对实验数据进行非线性拟合,得到2种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。TNT炸药的拟合参数和通过AUTODYN软件计算得到的结果符合较好;将采用上述方法得到的RDX基PBX炸药爆轰产物JWL状态方程参数用于数值模拟,计算结果与实验值吻合较好,符合数值模拟标定JWL状态方程参数的要求。     

圆筒试验JWL状态方程参数的贝叶斯标定

在研究数值模拟的输入参数引入的不确定性时,通常需要人为给定每个输入参数的概率分布,且输入参数概率分布的选择可能会对分析结果产生直接影响。利用贝叶斯方法标定了圆筒试验JWL状态方程参数,得到了标定参数的估计值和后验分布,并研究了不同统计模型假设对标定参数的估计值和后验分布的影响。贝叶斯后验分布融合了基准试验的试验数据的信息,因此将其作为不确定度量化分析时输入参数的初始概率分布,可以尽量减少分布选择引入的认知不确定性。     

含铝炸药爆轰产物JWL状态方程研究

对ＲＯＴ ９０１含铝炸药进行了爆轰产物ＪＷＬ状态方程研究。对ＲＯＴ ９０１炸药进行了２５ｍｍ和５０ｍｍ两种装药直径的圆筒试验,测试了圆筒膨胀过程的Ｒ ｔ关系。由冲击Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系和参考的ＰＯＰ关系拟合了ＲＯＴ ９０１炸药的反应速率。对两种装药直径的圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算,综合评估了ＲＯＴ ９０１的作功能力和圆筒试验的特性。通过对两种装药直径圆筒试验圆筒膨胀过程的解析分析计算和二维数值模拟,确定得到了ＲＯＴ ９０１含铝炸药爆轰产物ＪＷＬ状态方程参数。     

基于多项式混沌方法对C-J爆轰参数不确定度的分析

Chapman-Jougeut理论是预测波后爆轰物理量状态的有力工具,但以往的研究未考虑模型中的不确定因素及其影响。事实上,不确定度会影响数值模拟的预测能力和可靠性。首先,通过剖析爆轰机理,深入挖掘爆轰建模与模拟中的不确定因素。假设PBX-9502的初始密度和爆速服从对数正态分布,结合真实的试验数据,通过参数估计和Anderson-Darling假设检验法标定初始密度和爆速的概率密度函数。Beta分布用以定量刻画没有物理意义的、唯象参数的不确定度,形状参数和支集源于工程经验。Rosenblatt变换将相关的、非Gauss随机变量转化成相互独立的标准正态分布。然后,使用非嵌入多项式混沌研究高维爆轰不确定度传播。具体而言,针对一元多项式混沌,正交多项式通过Gauss-Hilbert空间中的Gram-Schmidt方法导出,六点Gauss求积方法用以计算多项式混沌的系数。使用权重和Gauss求积点的全张量积计算多元多项式混沌。最后,通过多元多项式混沌得到感兴趣量的概率密度函数以及对应的期望、标准差和置信区间等Gauss统计量。研究结果表明：波后压力波动较大,置信区间较宽,与孙承纬的“爆轰压力...     

混合不确定度量化方法及其在计算流体动力学迎风格式中的应用

针对流体力学数值求解间断问题时,初始状态含有偶然和认知混合型的不确定性,将认知不确定度作为外层,偶然不确定度作为内层,分别使用非嵌入多项式混沌方法(non-intrusive polynomial chaos,NIPC)和概率盒(P-box)理论处理偶然不确定度和认知不确定度,发展了流体力学数值求解过程中,初始状态含有混合不确定度传播量化的一种方法。以迎风格式和黎曼解法器求解Sod问题为例,评估了左状态密度(偶然不确定度)和理想气体多方指数(认知不确定度)对模型输出结果的影响,有效验证了该方法的可行性。     

PBX-01炸药水中爆轰产物状态方程研究

提出通过水中实验确定炸药的水中爆轰产物JWL状态方程参数的方法;选择PBX-01高能炸药进行水中实验,利用ANSYS/LS-DYNA程序建立炸药的水中实验模型,将实验结果与数值计算结果进行对比,确定PBX-01炸药水中爆轰产物的JWL状态方程参数。研究结果显示,圆筒实验确定的JWL参数在反映炸药水中爆轰产物的膨胀状态时有所不足,水中实验确定的JWL状态方程参数能够更准确地描述PBX-01炸药水中爆轰产物的膨胀过程,因此对水中爆炸的研究需要通过水中爆炸实验建一套状态方程参数。

     

JB-9014炸药超压爆轰产物的状态方程

根据P.K.Tang等提出的对炸药爆轰产物超压状态方程建模时只对JWL状态方程CJ等熵线中 高压指数项做修正的研究思路,首先给定超压状态下内能等熵线的修正项,再根据热力学定律对内能等熵线 求微分而得到沿压力等熵线的修正项。对JB-9014炸药超压爆轰冲击Hugoniot实验数据和声速实验数据同 时进行拟合,得到了3个JWL状态方程在超压爆轰状态下的修正项,并进行了分析与比较。得到超压修正项 的方法简单,3组超压修正项与P.K.Tang的修正项一样,都能很好地拟合超压Hugoniot数据。在实验数据 范围外,对超压状态下的声速-压力实验数据的拟合精度有所差别。     

大画幅等待式转镜分幅相机研制及应用

采用共轴设计理论和控制离焦相结合的方法,研制了大画幅等待式转镜分幅相机,画幅尺寸达到了30mm18mm,动态目视分辨率35mm-1,总画幅数80,摄影频率1104~5105s-1。高速转镜部件采用光纤传感器系统实现转速信号的产生和传输,避免了高速直流电机对转速信号的干扰,确保了测速准确度。研制的相机在爆轰物理和冲击波物理实验研究中,得到了满意的结果。     

轴向间隔装药爆破沿炮孔的压力分布

模拟了三种不同装药结构分别采用正向、反向和两端起爆时的应力波传播、叠加过程。增大炮孔 顶部装药量,采用正向和两端起爆均可以显著提高炮孔中部压力。三种模型反向起爆时,炮孔堵塞段的压力 均高于另两种起爆方式。将反向起爆下各模型沿炮孔的压力曲线进行比较,发现增大顶部药量后,压力分布 更为均匀,且平均压力最大。将模拟结果应用到现场实验,基本消除了大块矸石,提高了岩石充填的效率。     

泡沫铝爆炸冲击特性的数值研究

基于流体弹塑性模型,建立了泡沫铝在爆炸载荷下的冲击特性方程。采用Lagrange差分格式,在 均匀网格上对方程进行了离散。编写了数值计算程序,进行了炸药在空中和水中爆炸的一维数值计算。爆炸 场中考虑了泡沫铝密度、环境介质对泡沫铝材料冲击特性的影响。结果表明:数值计算结果与理论解、实验实 测结果基本吻合,证明所建立的泡沫铝的流体弹塑性本构方程可以用来描述泡沫铝的冲击特性;泡沫铝的密 度越低,泡沫铝中的压力峰值越小;在接触爆炸条件下,泡沫铝外侧环境介质的性质对临近环境介质端泡沫铝 中的压力影响明显,其中,环境介质若为空气,则临近空气端泡沫铝中的压力呈下降趋势,若环境介质为水,则 临近水端泡沫铝中的压力呈上升趋势。     

切割式多爆炸成形弹丸成形及对钢靶的穿甲效应

基于60mm 弧锥结合罩EFP装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的 切割式多爆炸成形弹丸战斗部结构,并进行了靶场静爆实验。由实验结果可知,该战斗部经网栅切割后能形 成5枚具有一定质量和方向性、可贯穿6mm 厚45钢靶的弹丸,有效提高了毁伤元的数量和毁伤面积。利用 LS-DYNA程序对弹丸侵彻45钢靶过程进行了数值模拟,分析了弹丸侵彻钢靶过程。通过对中心弹丸穿靶 模拟数据的处理,得到了其余尺寸弹丸侵彻不同厚度45钢靶的极限穿透速度计算公式,该公式可对相关切割 式多爆炸成形弹丸战斗部威力优化设计和评估提供依据。     

炸药装药密度对慢速烤燃响应特性的影响

为研究炸药装药密度对烤燃响应剧烈程度的影响,采用以RDX为主的高能炸药压制7种密度水平的试样,采用长径比为1.26的烤燃弹,以(10.2)℃/min的升温速率作了慢速燃实验。实验结果表明,当装药密度为理论最大密度的94%时出现压力胀裂,装药密度为理论最大密度的70%时产生爆燃,而在理论最大密度的80%左右时出现燃烧转爆轰现象,响应最剧烈。     

预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应

对四边固定带预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应问题进行了实验研究。通过设计爆炸冲击波载荷对2种材料不同孔数、不同孔径的靶板的冲击工况,获得了各靶板的中心点挠度。通过分析,得到了预制孔靶板中心点挠度与预制孔数、孔径的相关规律,结合无孔平板在爆炸冲击波载荷下的挠度公式,建立了广义的靶板中心点挠度公式,可用于计算不同孔靶板的中心点挠度。研究结果可作为平板材料在破片冲击波联合毁伤研究的基础,为杀爆战斗部威力评估提供一些依据。     

混凝土薄板的侵彻破坏响应实验

通过实验研究了混凝土薄板的侵彻响应,讨论了混凝土侵彻问题研究的理论模型和数值模型应注 意的几个问题。实验研究中,采用应变片、加速度计和高速摄影测试和记录了侵彻过程中混凝土薄板的力学 响应过程。实验结果表明,边界不仅是应力波反射的主要影响因素,而且还是结构整体冲击响应和破坏的主 要因素。通过综合分析实验数据,建立了混凝土薄板侵彻分析的三阶段力学模型:侵彻初期必须计及应力波 的影响,随着侵彻的深入,应力波的作用逐渐减弱直至消失,碎块的惯性运动逐渐加强,后期主要是残块在惯 性作用下的运动。     

炸药性质对岩石粒子运动影响的数值模拟

为研究炸药性质对粒子运动的影响,利用AUTODYN 有限元软件模拟球形装药在蓝田花岗岩中 的爆炸过程,获取介质中不同位置处的粒子速度和位移曲线,定性分析了炸药特性对岩石粒子运动的影响。 数值模拟结果显示,粒子的速度和位移变化趋势与实验结果基本一致,虽然粒子速度峰值与实验值相差很大, 而由速度曲线积分所得的粒子位移受到速度峰值、上升时间、脉冲持续时间以及速度衰减过程的影响,粒子位 移峰值的偏差在20%以内。在爆炸能量相等的条件下,不同种类的理想炸药爆炸引起的岩石粒子速度峰值 大小关系为ur(HMX)ur(PETN)ur(TNT),粒子位移峰值的大小关系为D(TNT)D(HMX)D(PETN)。非理想炸药的反 应速率对粒子速度和位移峰值影响明显,反应速率越快,速度和位移峰值越大。     

激光聚焦击穿液体的爆炸气泡特性

高功率激光聚焦击穿液体介质,类似于聚焦区域发生了微爆炸.研究了激光聚焦击穿爆炸与水下微爆炸之间的相似性.采用高功率脉冲激光器、光学聚焦系统、高速摄像、测量水听器建立了激光击穿爆炸源的产生及爆炸气泡、爆炸声波特性测量系统.对不同参数激光聚焦击穿水、酒精、硅油等粘性液体,观测到了激光击穿爆炸冲击波、气泡脉动、气泡压缩冲击波...     

弹头侵彻明胶的运动模型

为探讨弹头在肌肉组织中的运动规律,以明胶作为组织模拟物,结合明胶力学性质,在区别攻角和 偏角的情况下,建立同时考虑水平和垂直方向弹头侵彻明胶的二维运动模型。以7.62mm 普通弹和5.8mm 普通弹为杀伤元,根据龙格-库塔法原理对运动模型进行数值计算。同时,对2种弹丸侵彻明胶实验数据进行 了对比分析。分析结果表明,该二维运动模型能够准确合理的描述2种弹丸侵彻明胶的运动过程,具有一定 通用性,可为弹药设计和战伤救治提供理论参考。