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。     

PBX9502炸药爆轰产物的状态方程

采用vanderWaals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算了爆轰气相产 物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最 小确定了不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解 了炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算了高含碳炸药PBX9502Chapman-Jouguet(CJ)点的爆轰 参数,计算值与实验值符合很好;同时计算了3条等温线,并与Sesame库比较,发现温度超过1000 ℃时,计 算值与Sesame库的计算结果比较接近。在计算的5802K 等温线上发现了一个拐点,分析发现是由于在此 处游离态的碳发生了相变。     

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。     

RHT-902和Octol炸药爆轰产物JWL状态方程研究

本文对RHT-902和Octol两种炸药做了标准圆筒试验,运用能量守恒原理分析处理试验结果,用解析关系式确定了这两种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。这些参数与国外发表的相应参数基本一致。     

用 KHT 状态方程计算炸药爆轰参数

调整了部分气态爆轰产物的ＫＨＴ状态方程参数及游离Ｃ的Ｃｏｗａｎ状态方程参数，应用新参数计算了典型单质炸药、混合炸药和燃料空气炸药的爆轰性能。结果表明，应用新参数得出的炸药爆轰性能更加接近实验值；对于含铝炸药，与文献相比，计算结果不仅与实验相符，而且体现了铝为高能添加剂的特点。     

PETN、RDX和HMX炸药爆轰参数的数值模拟

用吉布斯自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解PETN、RDX和HMX炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算碳的吉布斯自由能。以WCA状态方程作为爆轰气相产物的物态方程,对PETN、RDX和HMX炸药爆轰参数作了预言,爆轰CJ点的爆速、爆压和爆温的计算结果与实验值吻合得很好。     

含铝炸药水下滑移爆轰实验研究

为了研究含铝炸药水中爆炸近场范围内沿装药径向的冲击波特性及爆轰产物的膨胀规律,设计了水下滑移爆轰实验装置。采用高速扫描相机和阴影照相技术记录了一种RDX基含铝炸药的水下滑移爆轰过程,获得了清晰的水下滑移爆轰过程的扫描图像。通过对图像进行分析,得到了水中爆炸近场范围内沿装药径向冲击波的传播迹线及爆轰产物气泡的膨胀迹线,进而分析出冲击波传播速度、阵面压力及爆轰产物气泡的膨胀位移等参数的变化规律。此外,根据气泡的膨胀迹线,标定了该含铝炸药爆轰产物的JWL状态方程参数,并将其与Φ50mm圆筒实验确定的参数值在p-V图上进行了对比。结果显示,两者偏差较小,证实了该方法的可行性。     

组合状态方程在数值计算上的应用及分析

利用建立在爆轰产物实验等熵线数据上的组合状态方程以及常用的Jones-Wilkins-Lee (JWL)和Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)爆轰产物状态方程进行了爆炸数值分析。状态方程数值计算的压力波形与实验波形的对比表明:组合状态方程和JWL状态方程计算的波形的到时、峰值、形状能够与实验吻合;BKW状态方程等熵式计算的数值波形峰值基本能够与实验吻合,但形状吻合不佳。     

爆轰产物组成和爆轰参数计算方法的理论研究

为实现爆轰产物组成和爆轰参数的计算,采用拉格朗日乘数法和牛顿迭代的方法预测爆轰产物组成,利用BKW状态方程预测爆轰参数,在0~600 GPa和300~15 000 K压力温度范围内选取金刚石作为碳的生成相;对爆轰产物系统采用最小自由能原理,结合牛顿迭代法求解爆轰产物的化学平衡方程组;对BKW状态方程参数提出修订,取α=0.5,β=0.298,θ=6 620,κ=9.50;采用自编程序实现计算过程。使用此方法和Hugoniot关系计算密度为1.77 g/cm3的PETN爆轰CJ点爆轰参数验证计算精度,结果显示计算与实验结果的误差均小于1%。利用此方法结合Hugoniot关系预测出爆轰CJ点的产物密度为2.43 g/cm3。     

一类爆轰合成用乳化炸药的爆轰反应特征

结合热分解特性、爆轰产物状态及数值计算探讨所制备的含Fe、Mn(Zn)元素乳化炸药的爆轰反 应特征。对该系列乳化炸药及其爆轰产物分别进行DSC和DTG实验、XRD检测和TEM 表征,通过比较不 同类型炸药及其爆轰产物的热分解特征、爆轰产物的成分和形貌、晶型畸变度等研究该类炸药爆轰反应特征; 并通过数值计算研究和佐证了不同温度和压强状态下,爆轰固体产物可能存在状态。结果表明:硝酸铵有利 于炸药爆轰时形成相对比较均匀和平稳的爆轰反应结构,而这种结构有利于可重复性合成比较单一和均匀 的爆轰产物。高密度炸药的爆轰产物比低密度炸药的相对纯净。低密度炸药不完全爆轰,导致了爆轰产物杂 质较多;数值计算结果表明,爆轰固体产物分布相图可以辅助分析爆轰固体产物可能存在状态及Mn(Zn)的 爆轰合成机制。     

一般物态方程形式下爆轰产物的一维等熵流动

研究了一般物态方程形式下一维平面和柱、球面对称CJ爆轰波后产物的等熵流动,给出Riemann不变量的表达式、Euler和Lagrange形式的自相似流动方程组,得到一个高精度近似解析解,在实验测量合理的范围内本文理论与实验基本符合。为了具体应用上述理论,给出四种普遍公认的物态方程(律、JWL、HOM和W.C.Davis近来提出的形式)的等熵线和声速曲线,以及较一般情形中产物或惰性介质沿等熵线的比内能表达式。四种等熵线差别不大,表明爆轰数值模拟中不但要应用产物的等熵线,还应注意产物能量状态方程是否适当。本文的理论计算方法,可作为产物一维流动数值模拟正确性的有效校核手段。     

爆轰产物状态方程的水下爆炸反演理论研究

由于水下爆炸过程中爆轰产物的信息以水中压缩波形式向外传递,本文旨在探讨如何利用水下爆炸试验数据确定爆轰产物的状态方程。相较于常规圆筒试验,水下爆炸试验具有装置简单成本低、装药尺寸限制少、测定压力范围更广的特点,更适用于大药量或非理想炸药的现场测试。本文从水中冲击波轨迹和波后压力时程曲线出发,发展了由冲击波及其波后流场还原水气界面的逆特征线算法,以及根据水气界面确定爆轰产物状态方程的遗传算法。与水下爆炸正演结果对比,发现逆特征线法可以较准确地还原水气界面的位置和压力参数,有效压力下限可达2 MPa,远低于圆筒试验的测试下限0.1GPa。根据水气界面的反演结果,遗传算法也能稳定地优化JWL方程参数,8种常用炸药的等熵衰减压力误差在爆压至0.01 GPa的区间内都小于3%。结果表明,利用本文的逆特征线算法和遗传算法,理论上可以反演出压力范围较宽、准确性较高的爆轰产物状态方程。     

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。     

圆柱装药在偏心定向起爆时水中近场压力特性

对UHL-5装药在侧向9点偏心定向起爆和几何中心点起爆时的水下爆炸近场峰值压力分布特性进行实验研究和数值模拟,得到2种起爆条件下不同距离与方位角测点处冲击波峰值压力和侧向9点起爆时的定向增益区域.结果表明,对于5 kg圆柱形UHL-5装药,采用侧向9点偏心定向起爆方式时,在爆距750 mm、方位角90°范围内的流场区域...     

基于通用炸药状态方程分析飞板运动规律的特征线法

从小扰动波(马赫波)的物理概念出发,导出了不依赖流体状态方程表达形式的平面二维超声速定常流的特征线方程;重新定义了以流体密度为单自变量的Prantl-Meyer函数,形成了求解平面二维超声速定常流的封闭方程组。还利用这种通用物态方程的特征线差分解法,针对滑移爆轰驱动飞板运动问题构建了爆轰产物流场内部和飞板边界特征线差分法格式。对TNT炸药和乳化炸药采用JWL状态方程和多方方程进行了对比计算。结果表明,炸药爆轰对飞板的驱动能力与状态方程表示的炸药的做功能力是一致的。