RDX基含铝炸药JWL-Miller状态方程标定及对舰船结构的毁伤特性

为了精确计算某RDX基含铝炸药近场水下爆炸对舰船结构的毁伤特性,提出了一种基于水下爆炸试验和OPTIMUS的炸药JWL-Miller状态方程参数标定优化方法,建立了该型炸药水下爆炸载荷计算模型及对舰船结构毁伤的有限元模型。通过任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和引入JWL-Miller模型数值模拟研究不同爆距、不同攻角工况对舰船结构的毁伤特性,分析冲击波载荷和气泡载荷传播过程,计算得到爆距、攻角对局部结构毁伤影响规律,给出了断裂部位破口尺寸和外板最大凹陷距离。结果表明,运用优化得到的炸药状态方程仿真计算的冲击波压力峰值、冲击波能量结果与试验结果吻合较好;船体结构随着气泡的膨胀和收缩会呈现先中拱弯曲、后中垂弯曲的运动变形过程,随着近距爆距的改变,结构的破坏模式逐渐从冲塞形破口、四周花瓣开裂向长条形撕裂状破口再向外板向内凹陷改变;随着近距攻角的增加,舰船舷侧外板边界处剪应力在冲击波和气泡脉动载荷作用下达到应力衡准,破口面积进一步增加,气泡的溃灭速度随药包与结构之间攻角的增大而加快。

基于混合算法计算炸药JWL状态方程参数的研究

JWL状态方程参数是炸药爆炸膨胀数值模拟仿真的基础,圆筒试验标定法复杂且成本很高,为了准确快速地获得炸药JWL状态方程参数,提出一种基于灰狼粒子群混合算法计算确定炸药JWL状态方程参数的方法。该方法仅把炸药的爆速和初始密度作为已知条件即可计算确定JWL状态方程参数。基于此方法对TNT、PETN 1.77、HMX、PBX-9010、PBX-9501和OCTOL炸药的JWL状态方程参数进行计算,将计算所得参数进行圆筒试验数值仿真模拟,同时与标准参数仿真模拟结果进行对比,仿真结果曲线R 2分别为0.995681、0.999012、0.99999、0.999533、0.999069和0.998904,均大于0.99,说明计算方法可行,可为炸药JWL状态方程参数的获取研究工作提供一定参考。

国内外TNT炸药的JWL状态方程及其能量释放差异分析

通过标准Φ25mm圆筒试验,得到国产TNT炸药的JWL状态方程参数,与美国文献值进行了对比分析,通过比较相对作功能力,指出相对作功能力对炸药爆轰能量输出有影响。结果表明,在密度相差0.05g/cm3的情况下,高压和中压阶段作功能力差异较大,全压力阶段相差3.5%左右。建议国内研究者在进行数值模拟及爆轰研究时应当使用恰当的爆轰产物状态方程参数。

两种含铝炸药作功能力与JWL状态方程研究

采用圆筒试验方法研究了ROTL905、TRAL含铝炸药的作功能力,并将试验结果与JOB9003、TATB炸药进行了比较。利用圆筒试验数据计算了含铝炸药JWL状态方程参数。研究结果表明:与JOB9003、以TATB为基的PBX炸药相比,ROTL905、TRAL含铝炸药由于含有铝粉等慢反应成分,初始加速度小、衰减慢、后续作功能力强,圆筒膨胀到距离为6.5mm和9.9mm时,其加速能力已超过JOB9003炸药。

基于KHT程序的RDX基含铝炸药JWL状态方程参数预测研究

为预测炸药的JWL状态方程参数,根据KHT状态方程编制了KHT程序,计算得到的RDX基含铝炸药的爆轰参数与实验值具有良好的一致性,证明了KHT程序的可信性.在此基础上,利用KHT程序计算的爆轰产物等熵膨胀数据,对RDX基含铝炸药的JWL状态方程参数进行了预测.将预测的JWL状态方程参数输入到AU-TODYN软件中,对1kg RDX基含铝炸药水下4.7m爆炸试验进行了数值模拟仿真,对比了不同爆距处冲击波压力峰值的试验值与仿真值,两者符合较好.研究结果表明,利用KHT程序计算的等熵膨胀数据对JWL状态方程参数进行预测是可行的,预测的参数是可用的.

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。

采用遗传算法确定炸药爆轰产物JWL状态方程参数

针对应用数值模拟软件(如DYNA2D)人工调整参数确定炸药爆轰产物JWL状态方程参数的繁琐性和不确定性,基于爆轰的ZND模型和JWL状态方程6个参数间必须满足的3个相容关系,以爆轰驱动圆管的数值模拟有限元程序DYNA2D为子程序,建立了采用遗传优化算法确定爆轰产物JWL状态方程参数的方法和程序,确定了PBXC03和PBXC10炸药爆轰产物JWL状态方程参数,应用确定的状态方程参数模拟爆轰驱动圆管过程,计算结果与实验结果符合良好,表明建立的用遗传优化算法确定爆轰产物JWL状态方程参数的方法和程序是合理可行的。

HMX基PBX的作功能力及其JWL状态方程

为研究HMX基PBX(90/10-HMX/黏结剂)的作功能力和爆轰产物状态方程,通过25mm标准圆筒试验,得到该炸药的作功能力特征参量以及格尼速度(2.80mm/μs)。用非线性有限元动力学程序ANSYS/LS-DYNA对圆筒试验进行了数值计算。通过计算值与试验结果进行对比和调整的方法得到HMX基PBX的爆轰产物JWL状态方程参数,通过炸药驱动平板飞片试验和数值计算对这些参数进行了验证。计算值与实验结果吻合,表明圆筒试验得到的爆轰产物JWL状态方程参数是有效的。

含铝炸药爆轰产物JWL状态方程研究

对ＲＯＴ９０１含铝炸药进行了爆轰产物ＪＷＬ状态方程研究。对ＲＯＴ９０１炸药进行了２５ｍｍ和５０ｍｍ两种装药直径的圆筒试验，测试了圆筒膨胀过程的Ｒｔ关系。由冲击Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系和参考的ＰＯＰ关系拟合了ＲＯＴ９０１炸药的反应速率。对两种装药直径的圆筒试验进行了综合分析和二维数值模拟计算，综合评估了ＲＯＴ９０１的作功能力和圆筒试验的特性。通过对两种装药直径圆筒试验圆筒膨胀过程的解析分析计算和二维数值模拟，确定得到了ＲＯＴ９０１含铝炸药爆轰产物ＪＷＬ状态方程参数。

一种CL-20基压装混合炸药JWL状态方程参数研究

对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基压装混合炸药爆轰产物JWL状态方程参数进行了研究。采用直径25mm标准圆筒试验研究了CL-20基压装炸药(C-1,CL-20/钝感粘结剂(质量比)=94.5/5.5)的驱动做功能力,获得了圆筒壁膨胀速度、位移与时间的关系;应用考虑与爆轰参数封闭的炸药JWL状态方程参数数据处理方法得到该炸药的JWL状态方程参数,应用参数进行圆筒模型数值模拟,与试验结果对比,发现速度误差低于2%,位移误差低于1%;对比了本研究参数与国外类似炸药参数在做功能力上的差异,结果表明,LX-19和PBXC-19的格尼速度比C-1炸药分别高2.02%和2.20%。

RDX基高聚物黏结炸药JWL状态方程

为探讨RD X基高聚物黏结炸药在小尺寸下爆轰产物的状态方程,采用两种直径(Φ10 m m和Φ25 m m)的圆筒试验研究了RD X基高聚物黏结炸药的做功能力,获得了圆筒壁膨胀位移、速度与时间的关系;利用非线性有限元动力学程序A n sy s/L s-D yn a,对炸药的圆筒实验进行了数值模拟;通过与实验结果相比较,得到了RD X基高聚物黏结炸药爆轰产物JW L状态方程参数。

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。

装药密度对炸药JWL状态方程的影响

建立了一种在任意装药密度下JWL状态方程参数的计算方法,可快速准确地计算出装药密度大于1g/cm^(3)下的炸药JWL状态方程参数。通过与文献中PENT和HNS两种炸药的JWL状态方程参数对比,爆轰产物膨胀压力-体积曲线的计算值与文献值在高压段和低压段均吻合较好,反映了炸药在不同密度下爆轰产物膨胀规律,但炸药JWL状态方程参数计算值与文献值有一定差异。通过在某DNTF基炸药破片战斗部威力数值仿真中的应用及试验对比,证实了该方法可以提高战斗部威力数值仿真的准确度,为未来的精密战斗部设计提供理论支撑。

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。

一种确定JWL状态方程参数的简易算法

基于圆筒试验中能量守恒关系及圆筒壁在特征位置处膨胀速度的经验计算公式,建立了一种确定CHNO型炸药爆轰产物JWL状态方程参数的简易算法。该方法不仅计算量小,而且可以仅根据炸药的密度和爆速直接确定出炸药爆轰产物的JWL状态方程参数,具有经济、方便、准确的特点。采用这种方法确定了4种常用炸药的JWL状态方程参数,并与圆筒试验结合数值仿真的方法得出的JWL状态方程P-V曲线进行对比,证明该方法具有较高的精度,可以满足工程应用的需要。

爆轰计算JWL状态方程参数的不确定度

针对爆轰计算JWL状态方程参数,开展不确定度量化研究。首先从JWL状态方程性质出发,结合数学、物理分析确定JWL状态方程中主要参数R1的概率分布范围,然后利用非嵌入多项式混沌展开方法对PBX9404炸药驱动飞层外界面速度进行了不确定度量化分析。给出的分析方法与分析流程对爆轰计算及其他工程数值模拟不确定度量化有一定参考作用。

非嵌入式多项式混沌法在爆轰产物JWL参数评估中的应用

介绍了非嵌入多项式混沌法的数学模型,给出了非嵌入式多项式混沌法进行不确定度量化的主要步骤。采用此方法研究了平面、散心爆轰问题数值模拟中,JWL模型参数R1、R2服从均匀分布的随机变量时所引起的爆轰过程计算结果的不确度性,着重分析了爆轰传播过程中压力与密度的统计特性。研究结果表明,非嵌入式多项式混沌法可以为模型输入参数不确定性的传播对输出结果响应量的影响建立一种有效不确定度评估方法,为使用JWL模型时选取参数提供参考。

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。

RDX基PBX的做功能力及JWL状态方程参数确定

为研究RDX基PBX炸药的做功能力并确定其爆轰产物的JWL状态方程参数,对RDX基PBX炸药和TNT炸药进行φ50mm标准圆筒实验,获得了圆筒膨胀位移和速度的时程曲线,对比得出RDX基PBX炸药的做功能力明显高于TNT炸药;基于能量守恒对实验数据进行非线性拟合,得到2种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。TNT炸药的拟合参数和通过AUTODYN软件计算得到的结果符合较好;将采用上述方法得到的RDX基PBX炸药爆轰产物JWL状态方程参数用于数值模拟,计算结果与实验值吻合较好,符合数值模拟标定JWL状态方程参数的要求。

叠氮化铜JWL状态方程参数拟合

采用电探针法测定了叠氮化铜微装药尺寸下的爆轰速度,根据叠氮化铜的密度和测定的爆轰速度,运用γ律状态方程拟合出了JWL状态方程参数。将拟合出的JWL状态方程参数用于动力学数值模拟程序LS-DYNA中,数值模拟叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用过程,并将数值模拟与实验数据对比。结果显示,拟合出的JWL状态方程参数具有较高的精度,数值模拟结果与实验值相吻合,偏差在5%以内,拟合参数能够满足计算爆炸力学的应用要求。