铝中间层对TA2/5083爆炸焊接影响的数值模拟

为研究添加中间层对TA2/5083爆炸焊接的影响,分别选取0.3 mm和0.5 mm厚度的1060铝中间层,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE算法建立三维数值模型,分别模拟出添加0.3 mm和0.5 mm厚度1060铝中间层的焊接过程,与直接爆炸焊接TA2和5083复合板进行对比。模拟结果表明:选择适当厚度的1060铝中间层,能有效减少基板所受碰撞压力,让爆炸焊接过程更加平稳;结合建立的爆炸复合窗口,添加中间层能大大扩展可焊接窗口,减小碰撞速度,模拟结果更加接近理论碰撞速度,使复板以更佳的飞行速度与基板结合;0.3 mm厚度中间层复合板的焊接质量高于0.5 mm厚度中间层高于无中间层的,模拟与实验吻合较好,添加合适厚度的中间层1060能大程度提高TA2/5083复合质量。

316L不锈钢/CK22碳钢爆炸焊接管的数值模拟

为研究不同炸药量对爆炸焊接不锈钢316L/碳钢CK22复合管的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE流固耦合算法对不同炸药内径下复合管的爆炸焊接过程进行数值模拟,建立316L/CK22双金属管可焊接窗口,利用后处理软件LS-PrePost导出焊接过程中碰撞压力、塑性变形、碰撞速度等动态参数。结果表明:炸药厚度小于0.505 cm时碰撞速度在可焊接窗口外,在复合时发生回弹焊接失败,药厚大于0.505 cm时均能较好复合,模拟与实验吻合,证明焊接窗口对爆炸焊接实验的较好指导意义;模拟碰撞速度与理论值误差在3.2%~9.5%,证明数值模拟爆炸焊接复合管的可靠性。

铝/不锈钢双金属管爆炸焊接数值模拟

以铝/不锈钢金属管为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件结合SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对其爆炸焊接过程进行了数值模拟。研究了炸药爆速对复合管结合质量的影响。结果表明:炸药爆速对基复管的塑性变形和复管碰撞速度影响较大,塑性变形和复管碰撞速度过小或过大均不能实现良好结合;在炸药爆速为1 950~2 150 m/s左右时,基复管结合质量较好,这与试验所得结论一致;拉格朗日法的前期建模较为简洁,模拟过程中SPH-FEM耦合法耗时较多;拉格朗日法所测得的碰撞速度与理论计算值误差较大,且SPH-FEM耦合算法能较好地处理高速爆炸冲击问题。

TA2/1060铝双金属管爆炸焊接数值模拟

目的为探究炸药爆速对复合管结合质量的影响,以及SPH-FEM法和拉格朗日法对爆炸焊接数值模拟的差异。方法利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立钛/铝双金属管爆炸焊接模型,分别采用SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对不同爆速下的TA2/1060铝双金属管进行爆炸焊接数值模拟。结果结合复管的最佳碰撞速度、碰撞压力和基复管的塑性变形情况可知,要获得结合质量较好的复合管,炸药爆速应设置在1950~2150m/s;SPH-FEM法计算的特征单元碰撞速度与理论值误差分别为0.78%、1.2%和1.4%,由拉格朗日算法计算的特征单元碰撞速度与理论速度之间误差分别为5.4%、5.8%和2.7%。结论塑性变形和复管碰撞速度过小或过大均不能实现良好结合;钛/铝双金属管爆炸焊接的最佳炸药爆速范围为1950~2150m/s;拉格朗日法的前期建模较为简洁,模拟过程中SPH-FEM法耗时较多但该方法对动态参数模拟的精确度较高。

TiH2粉尘火焰传播速度及温度分布的高速二维测量

为探究储氢合金TiH2在温压弹中应用的可行性,利用开放式和半开放式哈特曼管,分别模拟温压弹在空中和地下坑道内的爆炸过程,并利用基于比色测温和轮廓检测技术的高速二维测量平台,研究不同浓度TiH_(2)粉尘云火焰特征参数及其影响因素。实验结果表明:在开放空间内,TiH_(2)粉尘火焰温度在2150~2400 K范围内,随着粉尘浓度的增加,火焰温度呈下降趋势,其初期火焰传播速度和加速度受粉尘浓度影响不大,后期随浓度的增加而增加;在管道受限空间内,不同浓度TiH_(2)粉尘云稳定燃烧的温度都在2430 K左右,粉尘浓度越大、火焰传播到顶部所需时间越短,管道内粉尘的稳定火焰温度较开放空间内的高50~210 K,其火焰传播速度是开放空间内的6~15倍。与传统爆炸测试手段相比,比色测温方法可以准确重构某区域的瞬态温度分布云图,轮廓检测技术可以实现火焰前锋面速度和加速度的精确测量,从而为温压弹的配方设计和毁伤效能鉴定提供了一种新的技术手段。

炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%,58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%,65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.

隔热胶体装药结构的耐热防护与爆炸性能

为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术(水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量)及现场实验(殉爆实验,炮孔传爆),分别研究了装药结构中3种胶体配比(高分子吸水树脂(SAP)质量比分别为0,0.5%和1%)与乳化炸药2种敏化方式(亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化)对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明:含0.5%SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热(100℃)时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数(冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量)均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包(EE-SN)的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包(EE-EP)。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 mm殉爆、炮孔内稳定传爆,说明该胶体装药结构具有很好的高温爆破应用前景。

Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接的数值模拟研究

利用SPH-FEM耦合算法及SPH算法对Q235钢与304不锈钢多层爆炸焊接实验分别进行了三维与二维数值模拟,旨在研究多层爆炸焊接过程中动态参数分布情况及结合质量。理论计算了三维模拟中复板的碰撞压力峰值并与模拟结果进行了对比,在此基础上利用振动波及爆轰波的传播规律解释了复板压力分布特性。通过二维模拟获得了基复板波状结合界面,与实验所得波形较为吻合,验证了多层爆炸焊接实验中基复板的结合质量。模拟结果显示了相较于单层爆炸焊接,多层爆炸焊接理论上能够节省近68%的炸药量,有效节约了生产成本。

非接触爆炸作用下预应力T型梁桥的动态响应研究

为了研究T型梁桥在桥面中心非接触爆炸载荷作用下的破坏模式及动态响应,开展了非接触爆炸作用下的1∶10的缩尺实验,并结合数值模拟的方法对桥梁内部破坏情况以及桥梁破坏过程进行了深入的分析。结果表明:非接触爆炸作用下,T型桥梁主要表现为爆心下方局部破坏模式,其中桥面板的破坏区域较小,横隔板以及腹板的底部破坏范围较大,整体破坏呈现为圆锥形的破坏区域。

负压环境对乳化炸药爆炸温度场和有害效应的影响

为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制,利用自制的可视化球形爆炸罐,通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声,采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场,并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明:随着初始真空度的提高,爆炸火球亮度更高,持续时间更长,形态更稳定;当真空度为0 kPa时,火球在19.35µs时破裂,而当真空度为100 kPa时,火球在58.05µs才开始破裂;低初始真空度对火球温度影响较小,而60 kPa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度;冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低,但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明,随着真空度的提高,冲击波峰值压力降低,冲击波速度逐渐降低至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外,初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声,与常压相比,当罐体内真空度为100 kPa时,爆炸噪声的声压级降低了35.9 dB,降幅为29.8%。

浅埋炸药加载下含空穴泡沫铝夹芯板动态响应机制

空穴结构可以对其后方区域进行有效防护,为研究空穴结构对泡沫铝夹芯板结构能量衰减性能的影响,通过改变泡沫铝芯层空穴的直径以及厚度,探究浅埋炸药爆炸加载实验条件下空穴尺寸对夹芯板挠度、板后次生冲击波以及泡沫铝芯层吸能效率的影响。研究结果表明:随着泡沫铝中空穴厚度的增加,结构后方的次生冲击波强度显著降低,当空穴直径为0.3D(D为自由面直径)、厚度为1/3H(H为泡沫铝板厚度)时中心压力强度最低,约为无孔泡沫铝板的63%;在直径为0.3D、厚度为2/3H情况下泡沫铝芯层的总变形量最大,相比对照组提升61%;空穴结构可以有效增强泡沫铝夹芯板结构的吸能性能。

间距对321钢/1230铝双金属管爆炸焊接影响的数值模拟

以321钢/1230铝双金属管为研究对象,利用Ansys LS-DYNA有限元软件结合SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法对其爆炸焊接过程进行了数值模拟.计算并建立了爆炸焊接窗口,对基复管的结合过程、界面压力和等效应力进行了分析.并研究了基复管间距对复管位移、碰撞速度和塑性变形的影响.结果表明:基复管间距对复管的塑性变形和碰撞速度影响较大,间距过小则会影响金属管的焊接质量,结合强度较低,这与实验所得结论一致.模拟所得复管碰撞速度与Gurney推广公式和Aziz公式计算的理论速度吻合较好.

焊接参数对不锈钢/铜爆炸焊接影响的数值模拟

为了研究基复板间距和装药质量比对不锈钢/铜爆炸焊接质量的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件中的ALE算法,对装药质量比分别为1.5和2.5,基复板间距分别为0.075,0.150,0.300,0.450 cm时的不锈钢/铜爆炸焊接过程进行了数值模拟,计算了爆炸焊接窗口,分析了爆炸焊接过程中碰撞压力、竖向位移、碰撞速度及塑性变形等动态参数,并采用二维SPH算法对不同间距和装药质量比条件下的结合界面进行了模拟。结果表明:2种装药质量比和4种基复板间距下不锈钢/铜均能成功焊接;适当增大基复板间距并提高装药质量比,可以有效提升碰撞速度,增大结合界面波形,从而提升不锈钢/铜焊接质量。

316L/CuCrZr界面开长孔爆炸复合板的实验研究

为制取适用于超导托卡马克核聚变装置中的具有中空结构的316L/CuCrZr复合材料,在不锈钢基板预制微孔后再进行316L/CuCrZr的爆炸复合,然后对微孔进行扩孔,获得了在316L/CuCrZr界面处具有换热通道的316L/CuCrZr爆炸复合板。通过超声检测、微观结构观察、机械测试和核泄漏实验等手段研究了316L/CuCrZr复合界面的结合状态、显微组织、EDS能谱线扫描分析、换热通道的耐压及密封。结果表明,具有微孔结构的316L/CuCrZr爆炸复合板焊接质量良好,以均匀的波形结合,没有空隙和裂纹等缺陷,换热通道具有较好的密封性、耐高温高压性,能够满足托卡马克核聚变装置使用的要求。

Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金/铝爆炸焊接接头组织和性能研究

通过爆炸焊接工艺,采用玻璃微球敏化的铝蜂窝结构炸药,对Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金和1060 Al板进行了焊接。为了检测Al_(0.1)CoCrFeNi与Al的焊接特性,通过配备有能量色散光谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对焊接界面的形貌和组成进行了表征。结果表明,爆炸焊接技术是一种很好的高熵合金与铝连接的方法。在高速碰撞下得到的焊接试样界面熔化区中观察到了一些垂直于界面的裂纹,但并未向基体扩展。硬度测试结果表明爆炸焊接后高熵合金的整体硬度明显提高,而铝侧的硬度并无明显变化。腐蚀试验表明高熵合金具有良好的耐腐蚀性能。

钨铜双金属板热爆炸焊接数值模拟

作为生产钨/铜金属板的主要方法之一,热爆炸焊接具有传统方法所不具备的优势,但在实际生产过程中热爆炸焊接自身存在瞬时性、危险性等缺陷.为研究钨铜双金属板热爆炸焊接机理,以钨/铜金属板为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对其爆炸焊接过程进行了数值模拟.计算并建立了爆炸焊接窗口,对模拟过程中的复板竖向位移、碰撞压力和碰撞速度进行了分析,模拟结果与实验及理论计算结果吻合较好.采用SPH法建立钨/铜二维斜碰撞模型,得到了钨/铜爆炸焊接复合板结合界面的波形,模拟结果与实验所得金相界面较为一致.

机场跑道混凝土靶板贯穿的试验研究

为了向混凝土的抗贯穿模拟计算提供对比依据 ,以几何相似律为依据 ,在弹道靶上 ,用新型脱壳钻地模型弹对模拟机场跑道类混凝土靶板进行侵彻贯穿的机理试验 ,结果表明该种反机场跑道钻地弹效果良好 .文中给出了部分试验结果 ,并对试验数据进行了分析、拟合 ,表明试验所得的数据可靠有效 ;能够为进一步的工程分析、二维和三维数值模拟提供可对比的依据 .

Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金/Cu爆炸焊接界面结构

高熵合金(High entropy alloys, HEA)是金属系统的一个新子集,具有复杂的成分。使用爆炸焊接工艺将Al_(0.1)CoCrFeNi高熵合金/Cu进行了复合加工,通过扫描电子显微镜和硬度测试表征了爆炸焊接产生的微观结构演变的不均匀特性。结果表明,爆炸焊接界面在纵向截面上呈现周期性的结构分布,而在横向截面上呈现出不规则的边界,从不同截面可以统计得到相似的波形参数。通过界面区域的微观结构发现,界面附近具有沿着界面拉长的晶粒,旋涡区具有再结晶的等轴细晶;随着晶粒变形程度的增加,相应区域细晶的比例随之增加。纳米压痕测试结果表明,界面沿着爆炸焊接方向呈现周期性起伏的硬度分布,且混合区的硬度值介于两侧的硬度之间。

炸药能量的和平利用(I)

详细介绍了中国科学技术大学爆炸力学实验室多年来在和平利用炸药能量方面的工作成果,内容涉及起爆器材、终点效应、含能材料、特种爆破等。

对无起爆药雷管发展方向的探讨

文中对无起爆药雷管所存在的问题和发展方向提出看法，无起爆药雷管的发展应向高安全、无污染、低成本的方向努力．