基于多普勒测速技术的JB-9014炸药反应区结构研究

为了解TATB基JB-9014炸药的爆轰过程,利用火炮驱动飞片加载,采用光子多普勒测速技术,对JB-9014炸药的爆轰反应区结构进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药,在炸药后表面安装镀膜氟化锂（LiF）窗口测量炸药爆轰时的界面粒子速度,测试过程的时间分辨率小于2 ns。将粒子速度剖面对时间进行一阶求导,通过一阶导数的拐点来确定炸药反应区宽度、反应时间。研究结果表明,钝感炸药JB-9014的反应时间为（0.26±0.02）μs,对应的化学反应区宽度为（1.5±0.2）mm,反应结束点处的压力为27.3 GPa,von Neumann峰处压力为40.3 GPa。     

TATB基钝感炸药JB-9014的冲击起爆反应增长规律

采用铝基组合式电磁粒子速度计技术,通过一维平面冲击实验研究了JB-9014炸药的冲击起爆反应增长规律,获得了11.33～14.18 GPa不同初始入射冲击压力下JB-9014炸药撞击界面及其内部不同深度处冲击前沿的波后粒子速度,进而得到粒子速度-时间波剖面图,并拟合得到未反应JB-9014炸药的Hugoniot关系。此外,根据冲击波跟踪器所测波形获得了不同冲击压力下的到爆轰时间及距离。     

在球面散心冲击波作用下JB-9014炸药冲击引爆过程实验研究

采用双灵敏度VISAR对JB-9014炸药在20 GPa的球面散心冲击波作用下冲击引爆过程开展了实验研究。测得的不同厚度JB-9014炸药/窗口界面的粒子速度历程表明,到爆轰距离为2~3 mm,在3~5mm处反应冲击波已发展为稳定爆轰波。开展了相应的初步数值计算工作,计算结果与实验基本吻合。     

RDX基含铝炸药爆轰波结构实验研究

为了获得含铝炸药爆轰反应区附近铝粉的反应情况,对两种RDX/Al炸药和一种RDX/LiF炸药的爆轰波结构进行了测量。实验过程中,利用火炮加载产生一维平面波,通过光子多普勒测速仪测量炸药/LiF窗口的界面粒子速度。结果表明:含铝炸药爆轰波的结构与理想炸药的差异较大,其界面粒子速度曲线没有明显的拐点;反应初期,由于气相产物与添加物之间温度的非平衡性,RDX/Al界面的粒子速度低于RDX/LiF炸药的;随后,由于铝粉反应放能,RDX/Al界面的粒子速度高于RDX/LiF炸药的;微米尺度铝粉在CJ面前几乎不发生反应;2、10 μm等两种粒度铝粉的反应延滞时间小于0.8 μs;在本文中,两种粒度铝粉的反应度为16%~31%。     

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。     

微团化动态结晶法制备超细HMX炸药

为改善HMX(Cyclotetramethylenetetranitramine,奥克托今)炸药的细化效果,通过分析一般重结晶方法制备超细炸药粒子存在的缺陷,提出了一种基于化学结晶和机械冲击原理的微团化动态结晶超细化技术。分析了该方法的理论基础并探讨了微团化动态结晶超细化机理。应用此方法制备出了亚微米级(D50=0.40m)的超细HMX炸药,其细化产品粒径小且粒度分布范围窄。     

混合炸药爆速预报的新方法

为了提高混合炸药爆速尤其是含铝混合炸药爆速的计算精度,基于体积加权法思路构造一种新的混合炸药爆速计算公式,对近50种常见的混合炸药配方进行了计算,并与实验值进行对比,结果很好吻合,最大误差低于3%,平均误差低于1%,与BKW和Urizar常用方法相比,计算精度有显著提高。

     

用组合式电磁粒子速度计研究JOB-9003炸药的冲击起爆过程

用组合式电磁粒子速度计研究了JOB-9003炸药在不同冲击压力下的起爆过程。粒子速度计所测波形较好地反映出了炸药中冲击波向爆轰波的转变过程。对冲击波跟踪器所测波形的分析表明,冲击压力为4.9 GPa时,JOB-9003炸药冲击转爆轰的距离和时间分别为xD=6.06 mm和tD=1.13 s,当冲击压力增加到 5.8 GPa时,转爆轰的距离和时间减小为xD=5.66 mm和tD=1.01 s。     

火工品可靠性的感度参数设计法

提出一种能同时满足火工品发火可靠性和安全可靠性的设计方法,把火工品可靠性指标转换成感度分布参数的取值范围,通过对感度的调节使产品满足发火可靠性和安全可靠性要求,为火工品可靠性设计提供了一条新思路。推导出了常见火工品感度在正态分布、逻辑斯谛分布、对数正态分布和对数逻辑斯谛分布等常见分布条件下把可靠性指标转换为感度分布参数的表达式,实例证明这种方法对火工品研制有指导作用。     

基于复合面/背板的平板装药防护性能

采用实验和数值模拟方法研究了橡胶复合板作为爆炸反应装甲面、背板时的防护性能,分析了两种反应装甲结构的防护机理,并与面密度相同的钢反应装甲进行了对比。实验结果表明:爆炸反应装甲面板或背板为橡胶复合板时的防护性能优于钢反应装甲,其中橡胶复合板作为背板时效果最优。数值模拟结果表明:橡胶复合板在爆炸驱动下外层钢板速度相比于钢反应装甲飞板提高16%,橡胶复合板的界面效应及其飞板间隙可以有效减小逃逸射流的长度。     

爆炸下球壳变形空间周期分布的理论计算方法

早期研究提出了对振动叠加应变增长现象的解剖式分析方法,进而发现爆炸加载下带扰动源球壳上的弯曲波和壳体变形呈空间周期分布的规律。参考Timoshenko梁的弯曲理论,基于平截面假定和壳体发生较小的弯曲变形的假设,推导出球壳上弯曲波波速和波长的关系,计算得到最短弯曲波和与膜振动频率相近的弯曲波的波速,还结合早期研究提出的壳体变形分布周期与弯曲波波速的关系,计算得到了壳体变形空间分布的周期。结果表明：（1）理论计算结果与数值仿真结果基本吻合,其中弯曲波波速的计算结果与数值仿真结果相差在15%以内,壳体变形空间分布周期的计算结果与数值仿真结果相差在12%以内;（2）弯曲波波长越短,波速越快,当波长无限短时,波速趋于极限值,约为声速的0.574倍。本计算方法为解剖式分析方法提供了一定的理论依据。

     

Coupling finite difference method with finite particle method for modeling viscous incompressible flows

A hybrid approach to couple finite difference method (FDM) with finite particle method (FPM) (ie, FDM-FPM) is developed to simulate viscous incompressible flows. FDM is a grid-based method that is convenient for implementing multiple or adaptive resolutions and is computationally efficient. FPM is an improved smoothed particle hydrodynamics (SPH), which is widely used in modeling fluid flows with free surfaces and complex boundaries. The proposed FDM-FPM leverages their advantages and is appealing in modeling viscous incompressible flows to balance accuracy and efficiency. In order to exchange the interface information between FDM and FPM for achieving consistency, stability, and convergence, a transition region is created in the particle region to maintain the stability of the interface between two methods. The mass flux algorithm is defined to control the particle creation and deletion. The mass is updated by N-S equations instead of the interpolation. In order to allow information exchange, an overlapping zone is defined near the interface. The information of overlapping zone is obtained by an FPM-type interpolation. Taylor-Green vortices and lid-driven shear cavity flows are simulated to test the accuracy and the conservation of the FDM-FPM hybrid approach. The standing waves and flows around NACA airfoils are further simulated to test the ability to deal with free surfaces and complex boundaries. The results show that FDM-FPM retains not only the high efficiency of FDM with multiple resolutions but also the ability of FPM in modeling free surfaces and complex boundaries.     

基于SPH-FEM耦合方法的柔性导爆索分离装置爆炸分离过程数值模拟

为深入研究柔性导爆索在爆炸分离装置中的作用过程和机理,提出一种改进的光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics, SPH）与有限单元法（ finite element method, FEM）耦合算法。新方法中不仅包含导爆索模拟的SPH方法与分离装置模拟的FEM方法之间的接触算法,同时将完全损伤失效后的单元采用转化算法动态转化成SPH粒子继续参与计算,转化后的粒子与未转化的有限单元之间采用接触算法计算。采用该方法对环型和平板型两种爆炸分离结构的分离过程进行了数值模拟,验证了新方法的准确性与问题适用性;分析了分离板的变形断裂及损伤碎片的飞溅过程,得到了分离装置表面不同时刻的应力分布、损伤因子的变化趋势、von Mises应力的变化趋势;探讨了炸药在不同比内能情况下单元的屈服损伤速度、碎片的飞溅位移速度。