基于统计物理的爆轰产物物态方程研究

用van der Waals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自由能最小确定不同状态下的凝聚产物相态.对爆轰产物混合系统采用Gibbs自由能最小原理，通过化学平衡方程组求解炸药爆轰产物系统的平衡组分，计算结果与Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)和Lennard-Jones-Devonshire结果相近.使用该理论对炸药的爆轰参数做了预言，与BKW，Jo 关键词： 爆轰产物 物态方程 化学平衡方程组     

炸药爆轰产物Jones-Wilkins-Lee状态方程不确定参数

Jones-Wilkins-Lee (JWL)状态方程是一种不显含化学反应、由实验方法确定参数的半经验状态方程, 能比较精确地描述爆轰产物的膨胀驱动做功过程. 在JWL状态方程中有多个未知(不确定)参数需要确定. 传统的确定JWL状态方程参数的方法是“调参数”, 人为因素影响较大, 无法给出参数的不确定性信息. 本文利用贝叶斯分析方法研究了炸药的不确定参数, 该方法能够基于以往的认识、实验和模拟数据标定(calibration)不确定参数. 在本文结果中, 不确定参数的后验分布均值与文献结果相符合, 基于参数标定结果的数值模拟90%置信区间完全包含实验数据. 数值标定结果说明贝叶斯参数标定适用于确定样品炸药的JWL状态方程参数. 特别是, 在本文JWL状态方程参数标定过程中极大地减少了人为因素的影响.     

爆轰产物JWL状态方程应用研究

 通过对凝聚态炸药爆轰产物JWL状态方程的研究,提出了一种确定JWL状态方程参数的γ拟合法,即利用γ律状态方程来拟合JWL状态方程参数。这种新方法不需进行圆筒试验,与现有方法比较,具有经济、安全、方便、准确的特点。利用这种方法拟合确定了4种常用炸药TNT、C-4、PETN、HMX的JWL状态方程参数,通过与圆筒试验法得出的JWL状态方程p-V曲线进行对比,证明γ拟合法具有较高的精度,完全可以满足计算爆炸力学的应用。     

应用Monte Carlo方法模拟爆轰产物状态方程的研究进展

 应用Monte Carlo方法模拟爆轰产物状态方程,区别于建立在球形分布分子势基础上的传统爆轰产物状态方程计算方法,从原子水平上直接模拟实际炸药的爆轰产物状态方程,克服了传统方法中混合产物状态方程不精确的缺点。综述了该方法的历史背景及发展现状。对模拟中宏观量的描述、统计平均的计算、势函数的选取及边界条件进行了详尽描述。     

HMX炸药爆轰产物物态方程研究

采用自主研制的考虑产物组分间化学反应的类CHEQ程序研究HMX炸药爆轰产物物态方程,给出初始密度为1.90 g·cm^-3的HMX炸药CJ点的爆速和爆压,计算值与实验值符合较好;计算CJ点的爆轰产物组成,并与BKW和LJD的计算结果进行比较分析;同时给出过CJ点的等熵膨胀线上压强、 γ和产物组分随比体积的变化规律,加深对爆轰产物作功能力的认识.     

RDX炸药爆轰产物物态方程

采用基于统计物理的爆轰产物物态方程模型,研究了不同初始密度下RDX炸药爆轰产物性质,发现炸药初始密度小于1.20g/cm3时,炸药爆轰后只有气相产物生成,随着炸药初始密度进一步增大,爆轰后有固相碳析出。炸药初始密度小于1.60g/cm3时,各气相产物按均匀混合处理,计算的爆速、爆压和实验值符合较好。随着炸药初始密度进一步增大,计算的爆速、爆压与实验值出现较大的偏差,经分析发现此处可能出现了超临界流体相分离现象,在物态方程模型中考虑了这种效应后,得到较好的结果。     

钝感高能炸药爆轰产物JWL状态方程再研究

对钝感高能炸药JB-9014的爆轰产物JWL状态方程进行了深入研究。利用改进的圆筒试验技术,得到了筒壁膨胀的质点速度、位移和加速度的实验结果;通过解析分析和曲线拟合相结合的方法,确定了爆轰产物JWL状态方程参数;采用ANSYS/LS-DYNA3D程序进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比和分析,验证了状态方程参数的适用性。     

炸药爆轰产物液氮、液氦和水状态方程研究

 使用修正的WCA状态方程和Ross变分微扰理论研究了炸药爆轰产物（液氮、液氦和水）的冲击压缩特性,并利用exp-6形式的势函数计算分子间相互作用贡献的自由能。研究和计算经验表明,在研究高温高密度条件下液体的冲击压缩特性时,分子间多体相互作用十分重要,多体作用的结果是软化了两体相互作用势。     

凝聚炸药中超压爆轰的实验研究

 采用飞片碰撞技术，在TNT/RDX（40/60）炸药中获得了2.5倍于正常爆轰的最大超压值，得到了超压爆轰下爆轰产物物态方程p=Aρ^{k+A₁(p-p_J)}（p－爆压，单位GPa，ρ－密度，单位kg/m³，A=ρ_J/ρ^k_J，p_J=27.06 GPa，ρ_J=2.3×10³ kg/m³，k=2.77，A₁=2.7×10^-3 GPa^-1，下表J代表正常爆轰状态）。该方程还可以较好地描述超压爆轰产物的二次冲击状态。     

特殊炸药的爆轰参数计算

 针对BKW（Becker-Kistiakowsky-Wilson）状态方程,编写了爆炸参数计算程序。该程序除了可以计算常规含C、H、O、N元素炸药的爆轰参数,还能计算含有其它金属元素炸药的爆轰参数。通过对含Fe、Mn元素的乳化炸药以及含Al元素的水胶炸药的爆轰参数计算表明,该计算程序得到的计算结果与实验结果基本一致,相对误差不超过1%。采用该程序计算爆轰参数时,只需输入炸药的化学式、常温常压密度和生成焓即可。     

爆轰产物物态方程（Ⅰ）——爆热、爆轰产物的等熵方程和物态方程

 讨论了爆热、爆轰产物的等熵方程和物态方程，试澄清这方面的一些疑点。     

爆轰产物的冷比内能与冷压的函数表达式

 猛炸药爆轰产物的状态可以用两相的强排斥-平动物态方程（简称为两相的排平物态方程）很好地描述。以爆轰产物分两段的等熵曲线为参考曲线的两相的排平（k, γ）物态方程,已经用于爆轰参数和强爆轰参数的理论估算,所得理论值与实验值符合得很好。为了更方便地估算爆温,有必要给出描述分子间相互作用的比内能项与压力项（分别简称为冷比内能与冷压）。参照描述分子间相互作用的Morse势和Mie势的排斥项,给出了带待定参数A、m、n和l的冷比能项和冷压项,这样的物态方程被称为两相的排平（A, m, n, l）物态方程。用TNT的{D, ρ₀}实验数据组,确定了两相的排平（A, m, n, l）物态方程的参数n=1和l=1/3,因此,可将其简称为两相的排平（A, m）物态方程。它适用于所有的猛炸药的爆轰产物。用硝基甲烷的强爆轰参数{p, D, T}实验数据组对其所做的检验表明,两相的排平（A, m）物态方程是恰当的爆轰产物物态方程。     

论VLW状态方程

 论述了VLW状态方程中爆轰产物分子势参数的确定；根据不同类型炸药爆轰性能参数计算结果对炸药爆轰产物碳在CJ态的相进行了分析讨论，认为不同的炸药，产物碳有石墨和金刚石两种相存在；将VLW状态方程和BKW状态方程进行了比较分析，指出了BKW状态方程与VLW状态方程的区别及其产生的原因，并给出了VLW状态方程计算含能材料（包括高能炸药、燃料空气炸药、民用炸药）的爆轰性能参数计算结果。结果表明，计算值与实验值符合较好。     

贵金属金的状态方程

 提出了一个热压强的计算公式,从而获得金的状态方程。并结合实验数据与文献中常用的其它两个状态方程进行了比较。结果发现,修正后的状态方程与实验数据吻合很好,略优于其它两个状态方程。