弹体正侵彻混凝土靶动态开坑作用过程

为了进一步研究弹体侵彻混凝土靶的开坑作用过程,基于开坑破坏过程分析对开坑阶段进行划分,结合弹体头部形状函数、Z模型流线场分布以及法向膨胀理论,建立考虑混凝土飞溅过程影响的开坑阻力计算模型,并运用文献中试验数据验证模型的可靠性。在此基础上,进一步分析了典型弹靶参数对弹体侵彻混凝土靶动态开坑作用过程的影响规律。研究结果表明：弹体开坑飞溅区范围随弹体头部形状系数和混凝土强度的增大而减小;飞溅区范围达到稳定的时间和动态开坑作用时间随初速和混凝土强度的增大而缩短,随弹体头部形状系数的增大而增大;相较于弹体头部形状系数和混凝土强度,初始撞击速度对动态开坑作用过程的影响更显著。     

电磁驱动高速弹丸成型模式与影响因素

为了研究电磁驱动药型罩形成高速成型弹丸的可行性及弹丸成型特性,基于CQ-7脉冲功率装置,开展了电磁驱动线性药型罩形成弹丸技术实验。结合激光多普勒测速技术,实现了电磁驱动药型罩形成弹丸的速度测量和侵彻铝靶验证。同时,基于流体动力学软件和相应电磁仿真模块,建立了电磁驱动弹丸成型的物理模型和数值模拟方法,模拟了弹丸成型和侵彻铝靶的动力学过程,利用实验结果验证了数值模拟方法的可靠性。在此基础上,研究了等壁厚球缺型药型罩的结构参数以及加载能量对弹丸成型参数的影响规律。结果表明：外曲率半径对弹丸的头部速度影响较小,而头部速度会随壁厚的减小和加载能量的增大显著增加;弹丸的长径比随外曲率半径和壁厚的减小、加载能量的增大呈逐渐增加的趋势。最后,利用数值模拟方法预测并验证了利用电磁驱动技术获得高速度和大质量成型弹丸的可行性。     

用于磁压剪技术的10 T准静态磁场发生器

基于理论分析和数值模拟,建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器,由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成,通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关,向一对磁体线圈放电,进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时,在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%,满足磁压剪实验要求。     

平面火花隙三电极开关研制及性能测试

研制了一种适用于平行板传输连接的平面火花隙三电极开关,开关正负电极为半圆形状,触发电极为细条状。将之替代立体式（半球形电极）火花隙三电极开关并应用于爆炸箔起爆装置中,装置回路参数将得以优化。实验测试了空气间隙为4.12, 3.14和2.2 mm的平面火花隙三电极开关的性能。结果表明,在开关间隙间距一定的情况下,随着电压的升高,开关间隙的放电时延和分散时间呈指数降低,开关电感小于15 nH;对于不同范围内的应用电压,使用不同间隙间距的开关,其分散时间不大于10 ns。该开关应用于较低充电电压（小于10 kV）的脉冲功率装置中,与立体式火花隙三电极开关相比,回路电感降低了约50 nH,放电周期缩短近1/3,峰值电流增加约1/3。     

一维平面磁驱动等熵加载发射飞片技术

探索了一维平面磁驱动发射飞片的实验技术,实现了在一个样品上同时发射两个不同厚度的飞片,并利用VISAR测试技术同时获得了两个飞片自由面完整的速度历史。其中在回路放电峰值电流密度为823 kA/cm的情况下,在上升前沿2 s内将厚度为0.38 mm、直径为4 mm的铝飞片发射到1.5 km/s,作用在飞片上的最大磁压力为4.25 GPa。显微分析发现,在飞片速度较高的情况下,飞片与镗孔底部剪切破坏的断口上,由于凝固过程中过冷度大有非晶等现象出现。进一步促进了磁驱动等熵加载、发射飞片实验技术、物态方程研究的开展。     

高效能电炮实验装置的研制

较全面地开展了电炮加载技术的实验研究,解决了低电感开关、电容器和外回路设计中的关键技术,使整个回路短路电感为38nH,接近电容器的内电感30nH,最大放电电流接近兆安。优化设计后的装置在储能仅为14.4kJ的情况下,在25 kV充电电压下,在1.2μs内可将直径10mm,厚度0.1 mm的Mylar膜飞片加速到10 km/s,通过光纤测试发现飞片在飞行3mm后平面度优于24ns。根据测试的数据进一步改进了桥箔板和炮膛的设计,使得在相同加载条件下,飞片的加速历史几乎完全重合,其弹道稳定性优于气炮等加载装置。同时解决了电炮加载下的关键诊断测试技术。本文工作为进一步开展高应变率加载下材料动力学响应和炸药冲击感度研究提供了新的有效的加载手段,同时也为研究更高储能的电炮实验装置奠定了基础。     

平面和圆柱面构形的磁流体力学计算

在一维弹塑性反应流体力学Lagrange编码SSS的基础上,研制了多介质、多空腔、与集中参数外电路耦合的实验构形弹塑性反应磁流体力学一维计算编码SSS-MHD。在编码中,通过对构形边界与外电路的耦合以及不同构形磁场边界条件的统一处理等措施,解决了其中的关键问题。本文中编码的优势体现在两个方面:能够统一处理不同的磁流体力学实验构形,包括平面及圆柱面几何构形;可以同时进行磁流体力学和含能材料反应流动的计算。对平面准等熵压缩炸药和炸药爆轰驱动套筒压缩磁通量等两类典型实验进行了数值计算,结果与实验结果一致。     

一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离

利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法,采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置,测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离,研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系,给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载,入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显,相同实验条件下,压力脉宽越长,炸药的到爆轰距离越短;相同压力脉宽下,加载压力越高,炸药的到爆轰距离越短。     

磁驱动斜波加载下铋的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ相变实验

设计了一套与磁驱动斜波加载实验装置CQ-4配套的样品预设温度系统,温度范围为室温至180℃。利用此装置联合双源光外差测速系统,完成了不同初始温度下铋的斜波压缩相变实验,并在单发实验中获得了同时含有Ⅰ-Ⅱ和Ⅱ-Ⅲ两次相变信息的速度剖面。实验结果显示,随着铋的初始温度从室温提高到148℃,Ⅰ-Ⅱ相变和Ⅱ-Ⅲ相变起始对应的特征拐点速度分别从251.6和275.7m/s下降到239.4和259.7m/s。     

纯铁相变和层裂损伤的数值模拟

基于Hayes多相状态方程、非平衡相变速率模型、非平衡损伤演化模型和含损伤的本构关系,建立了同时考虑相变和损伤的数值模拟方法。利用该方法对纯铁的对称碰撞实验进行了数值模拟,分析了纯铁的相变和层裂损伤的相互作用。结果表明,纯铁材料中发生相变时,等厚样品中才会发生层裂,并且数值计算的样品自由面速度、层裂位置与实验结果吻合。