RDX/HMX颗粒炸药落锤撞击点火-燃烧机理

对单质炸药受低速撞击的力学和化学响应研究,是进行炸药敏感性评价的基础。利用配备了光学观测的落锤撞击装置,实现了频率为1.5×105 s-1的实时观测,不但可以区分样品的“爆”或“不爆”,而且可以获取RDX和HMX颗粒炸药受落锤低速撞击变形、破碎、溅射、点火和燃烧随时间演化的特征。结果表明:RDX颗粒是在液相中点火,而HMX颗粒在固相中点火; 燃烧反应前常常发生剧烈的溅射现象,溅射是由气相反应产物释放能量推动破碎的颗粒所致。对比了单个和单层颗粒炸药响应的特点,多个颗粒由于热点密集和破碎后相互作用,其燃烧反应比单个颗粒燃烧反应更剧烈。根据图像处理估算燃烧波传播速度,很好地表征了样品宏观燃烧反应的剧烈程度。     

炸药落锤试验点火机理的数值分析

炸药在低速撞击条件下发生点火爆炸,给炸药爆炸装置带来了安全管理上的隐患。若确定可能发生炸药点火的条件,可以采取一些预防措施,避免事故的发生。一种低速撞击行为发生在炸药落锤感度试验中,撞击速度一般小于20 m/s。利用Lagrange数值程序LEX2D,对落锤试验装置中所造成的炸药点火爆炸进行了初步分析,得到了炸药样品中应力和速度的变化历史,计算了炸药内部由于摩擦做功生热所引起炸药颗粒的分解过程。在一定程度上,可以预报落锤试验中炸药发生点火爆炸的可能性。     

点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响

为了探究点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响，自主设计了发射药燃烧爆炸试验装置。使用黑火药对单基发射药点火，开展燃烧爆炸实验。通过对铝制鉴定板及约束钢筒内壁烧蚀痕迹的分析，获得不同点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响。结果表明，点火初期约束钢筒内发射药燃烧反应不完全，反应剧烈程度较弱；随着距点火端距离增大，发射药燃烧反应剧烈程度变强，但此时反应仍不完全；在约束钢筒末端发射药反应完全。在4.0、5.0和8.0 kJ点火能量下，发射药点火初期到反应剧烈程度迅速增强的成长距离分别为54.66、 53.95和19.38 cm。20.0 kJ能量点火初期发射药反应剧烈程度较强，传播至末端时发射药发生爆燃反应，鉴定板产生明显凹痕；发射药在约束钢筒内不同位置分别发生了缓慢燃烧、快速燃烧和爆燃。     

撞击载荷作用下单层球面网壳动力响应模型实验研究

通过单层KIEWITT8型网壳模型在落锤撞击作用下的实验,研究单层网壳在撞击作用下的动力稳定性。利用动态应变仪和力传感器,获取了落锤撞击网壳时撞击力时程曲线、杆件轴力时程曲线和稳定临界力。利用高速摄影机拍摄了撞击历程、撞击失稳模态及破坏形态。结果表明:撞击作用为三角脉冲荷载形式,其最大幅值和脉宽与撞击冲量和网壳所处变形阶段的刚度性能相关;撞击荷载持续作用的时间为3.00~22.36 ms;撞击接触时间的突然增大对应着网壳的失稳;杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻滞后0.2~0.4 ms;对失稳前的撞击,落锤回弹速度较大;对失稳时的撞击,落锤回弹速度很小;模型具有较大的后屈曲抗撞击能力,在顶点垂直撞击下没有发生连续断裂。     

井喷失控气云爆炸的3维数值模拟

基于K- 模型和改进的EBU 模型,考虑甲烷-空气混合气云形成过程,建立了井喷失控甲烷喷射 流扩散及混合气云爆炸的理论模型,选用SIMPLE方法求解差分方程,模拟甲烷-空气混合气云形成过程,分 析了不同点火点对混合气云爆炸影响程度。结果表明,点火点方位及点火点所在气体体积分数对气云爆炸都 有明显的影响,点火点越靠近气云中心和所在甲烷体积分数越高爆炸效果越强,最后为井喷失控人工点火提 出了合适的点火方位。     

推进剂的撞击损伤状态对其燃烧转爆轰的影响

设计加工了燃烧转爆轰的实验装置,并建立了相应的测试系统,旨在研究NEPP推进剂颗粒装药的燃烧转爆轰形成机理。并以大型落锤为加载手段,撞击NEPP推进剂试样,经实验发现,损伤明显地促进了颗粒装药燃烧向爆轰的转变,增加了该推进剂使用的危险性。     

子弹撞击作用下固支浅圆拱的弹塑性动力响应

基于大变形动力学微分方程并利用有限差分离散分析,研究了子弹撞击作用下固支浅圆拱的弹塑性动力响应。通过对响应不同时刻内力分布特征的分析,阐明了圆拱的响应模式和变形机制。研究表明,弹塑性响应过程可分为六个阶段。在响应早期,拱的变形以塑性弯曲挠动由撞击点向拱根部传播为主;在响应后期,则主要以轴力主导下的轴向拉伸变形为主。在高速撞击下,塑性弯曲挠动的不均匀性可以引起浅拱的反向弯曲变形。固支浅圆拱的动力响应对撞击速度的某个变化范围非常敏感,在此范围内,撞击速度的较小增加可以导致响应的很快增长,但动力响应随撞击速度连续变化,未发生突然的跳跃失稳。本文中计算结果同实验数据吻合较好。     

大药片落锤撞击感度研究

设计建立了一种炸药大药片撞击感度试验方法,落锤质量为20 kg、落高度为0~15 m,对规格20 mm5 mm、重约2.8 g的大药片进行撞击感度测试。试验测试了两种典型炸药Tetryl和JOB-9003炸药的落锤撞击感度,落锤撞击Tetryl炸药和JOB-9003炸药的爆炸阈值落高分别约3.5 m和6.5 m。对落锤撞击JOB-9003炸药样品的过程进行了数值计算,计算结果与试验值相符。试验结果表明,该试验方法可以测量炸药的落锤撞击感度。     

冲击载荷下岩石压胀对其性质的影响

采用落锤动态加载岩石实验系统,通过调节落锤质量、下落距离及活塞杆垫板材料,记录岩石瞬间形成冲击压力脉冲,研究压胀对不同岩石性质影响的规律.实验结果表明,压胀产生后岩石的性质发生了改变,岩石的渗透率有不同程度的增加,且岩石越致密,渗透率增加倍数越大;岩石的弹性模量和弹性极限随岩石体积的增加而降低;压胀产生后纵波和横波在岩...     

端部受斜撞击作用悬臂梁的弹塑性动力响应模式

基于大变形动力控制方程并利用有限差分离散分析,研究了斜撞击作用下弹塑性悬臂梁的动力响应．通过对屈服函数以及弯矩、轴力在动力响应过程中分布规律的分析,阐明了斜撞击下恳臂梁的弹塑性动力响应模式和斜撞击的轴向分量对变形机制的影响．研究表明,弹塑性响应过程可划分为四个阶段,对应的变形模式为：“压缩塑性区扩展”模式,“广义移行塑性铰”和“压缩塑性区收缩”混合模式,“驻定塑性铰”模式,“弹性自由振动”模式．与刚塑性分析所假定的两相变形模式比较,弹塑性应响分析证实了响应早期的瞬态轴向压缩模式和梁根部“驻定塑性铰”模式的存在性,肯定了刚塑性分析所假定变形模式的主要特征．斜撞击的轴向分量在撞击发生的瞬时主导了梁的变形,使梁呈现同承受横向冲击明显小同的变形规律．随着响应的深入,轴向分量迅速衰减,其对截面屈服的贡献非常微弱,由横向分量引起的弯曲挠动在大部分时间内主导和控制梁的变形．数值计算结果表明,斜撞击载荷的质量、撞击速度和角度是影响梁动力响应的重要因素．     

构型弹体跌落冲击载荷及结构响应特性

为深入认识跌落冲击条件下构型弹体内部的载荷传递规律及结构响应特征,促进战斗部装药安定性评估和结构设计,结合数值模拟和应力波分析手段,研究了构型弹体在跌落过程中的冲击响应特征,主要关注内部药柱的变形和损伤特性,并讨论跌落姿态、装药构型和跌落高度等因素的影响。结果表明,在跌落冲击条件下,构型弹体装药的变形并非由药柱同壳体的直接撞击作用主控,而主要受到弹体内部应力波传播的影响。装药结构最大变形和损伤区域并不位于药柱外侧同壳体相接触的位置,而位于内部区域。冲击应力波在壳体和药柱之间的透射特征、在壳体和装药内部的反射和叠加特性等决定了药柱的主要变形区域及其变形程度。跌落姿态对药柱的响应特征和变形形貌具有重要影响,导致装药安定性风险从高到低排序的跌落姿态依次为尾部向下垂直跌落、水平跌落、头部向下垂直跌落和倾斜跌落。药柱构型也具有重要作用,其中药柱分段界面容易使得药柱变形程度增大,但对装药过载以及变形分布特征的影响相对较小;隔板结构则容易增大装药过载,同时导致药柱的局域变形位置和变形程度均发生改变。跌落高度对药柱变形区域分布特征的影响较小,对载荷幅值、变形程度和分布范围大小等则具有重要作用,随跌落高...     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法,构建了新的细观反应速率模型,系列数值模拟结果与实验结果均一致,表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药,起爆压力低,冲击起爆过程受热点点火影响较明显,热点点火后的燃烧反应速度较快,表现为加速反应特性;TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药,起爆压力高,冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制,且点火后燃烧反应速度较慢,表现为稳定反应特性。     

An empirical model for the ignition of explosively dispersed aluminum particle clouds

An empirical model for the ignition of aluminum particle clouds is developed and applied to the study of particle ignition and combustion behavior resulting from explosive blast waves. This model incorporates both particle ignition time delay as well as cloud concentration effects on ignition. The total mass of aluminum that burns is found to depend on the model, with shorter ignition delay times resulting in increased burning of the cloud. After the Al particles ignite, a competition for oxidizer between the booster detonation products and Al ensues. A new mass-averaged ignition parameter is defined and is observed to serve as a useful parameter to compare cloud ignition behavior. Investigation of this variable reveals that both peak ignition as well as the time required to attain peak ignition, are sensitive to the model parameters. The peak degree of dissociation in the fireball is about 19 % and the associated energy can play a significant role on the dynamics of the problem. The peak degree of ionization is about 2.9 % and the energy associated with this is much lower than the other controlling factors. Overall, this study demonstrates that the new ignition model developed captures effects not included in other combustion models for the investigation of shock-induced ignition of aluminum particle clouds.     

再生喷射燃烧过程中点火特性的实验研究

建立了再生喷射燃烧过程的多功能实验装置和瞬态参数测量系统。针对点火器参数对点火特性的影响规律进行了大量的实验研究，导出了点火器参数与点火特性之间的实用定量关系曲线。在此基础上，进行了相应的再生喷射燃烧过程实验，取得了较好地实验结果。研究表明:通过控制点火器参数以获得与再生喷射燃烧过程的匹配要求相适应的点火特性，对获得性能良好的燃烧过程具有重要意义。     

HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型

进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。     

The discrete heat source approach to dust cloud combustion

In the present paper, combustion of dust clouds from the discrete point heat source method has been addressed. Time-place temperature profile generated by single particle burning has been obtained to study the dust combustion. The summation of the temperature profiles of burned and burning particles predict the temperature in the preheating zone so that the ignition time of layer in flame front can be determined. Consequently the flame propagating speed was obtained based on the dust concentration corresponding to particles spacing and particle diameter. This method has been validated with aluminum dust cloud combustion. Decrease in the dust concentration leads to the lean limit of dust combustion. Increase in particles diameter or reduction in the dust concentration causes higher lean limit and also reduction in the flame propagating speed. Adding the ignition energy as igniter to this system, provides the path to study the effects of ignition energy in the dust combustion.     

流固耦合数值方法在点爆发散爆轰驱动平板飞片中的应用

采用Eulerian/Lagrangian耦合方法对炸药与飞片直接接触的爆轰驱动问题进行了数值模拟.其中对炸药和环境气体应用Euler方法、对飞片应用Lagrange方法分别计算,流体与固体接触面采用Ghost Fluid方法和外插技术进行处理,全程模拟了炸药起爆、爆轰波传播、大板变形和运动等过程,着重分析了大板飞片后...