用三项式点火增长反应速率模型计算JB-9014的反应区

在一维流体动力学编码SSS程序中，利用三项式点火增长反应速率模型对钝感炸药JB-9014的反应区进行了计算。计算中，未反应炸药采用固态HOM状态方程，产物采用气态JWL状态方程，计算得到了钝感炸药JB-9014化学反应区的峰值压力、CJ压力、反应区宽度和反应时间等参数，计算结果与实验结果符合较好。分析表明，三项式点火增长反应速率模型可用于研究钝感炸药的反应区结构。

点火增长反应速率方程在LS-DYNA软件中嵌入及应用

为了得到能够正确描述炸药的冲击起爆过程且易于标定的反应速率方程,将一种点火增长反应速率方程嵌入LS-DYNA软件,并模拟DNAN基熔注炸药的冲击起爆过程。通过对比计算压力曲线和实验压力曲线标定这种点火增长反应速率方程参数,进一步分析在LS-DYNA软件中嵌入点火增长反应速率方程的优点。结果表明:这种点火增长反应速率方程参数较少、易于标定;计算得到的4个传感器位置处冲击波到达时间与实验值相差不超过0.2μs,该反应速率方程能够正确描述炸药的冲击起爆过程;反应速率方程嵌入LS-DYNA软件所采用的算法效率高,计算中每个网格的迭代次数不超过3次。

落锤撞击下丁羟推进剂点火反应的数值模拟

为研究典型丁羟推进剂在低压冲击作用下的点火机理,基于热点理论,建立了该型推进剂落锤试验的三维仿真模型,采用有限元计算方法和三项式点火增长反应速率模型对丁羟推进剂的落锤试验进行数值模拟,分析整个撞击过程中推进剂的点火反应和动态力学响应。研究结果表明,在整个撞击过程中,由于受冲击后推进剂径向变形,剪切应力集中分布在推进剂上、下表面边缘区域,摩擦应力产生局部热量集中形成热点,引起推进剂发生点火及爆炸。计算得到了,在落高为75 cm时,10 kg落锤撞击丁羟推进剂的起爆阈值为540.2 MPa^(2)·s。

基于Mushroom试验的炸药爆轰反应速率方程参数校验

为了更准确的校验炸药爆轰反应速率方程参数,以HMX/TATB混合炸药PBX-1为研究对象,采用Mushroom试验方法,研究了炸药在不同传爆直径下的拐角传爆特性,并采用LS-DYNA程序利用拉式试验标定的三项式点火增长模型参数对Mushroom试验进行了数值模拟,通过观察爆轰波的成长和传播历程以及拐角参量的对比,校验已标定反应速率模型参数的准确性。对比试验结果和数值模拟结果发现,Mushroom试验可以反映出爆轰波沿不同方向上爆轰成长过程的差异,进而证明了通过Mushroom试验校验炸药的反应速率模型参数是可行的。

国外高能炸药点火机理研究进展

高能炸药发生点火反应由3个主要的能量转移过程引起:摩擦或剪切热、自加热、冲击压缩。炸药发生反应的剧烈程度由缓慢燃烧到完全爆轰不等,而这主要取决于能量转移率、炸药的理化性能、壳体约束强度等变量。该文重点从撞击点火、热爆炸、弱冲击压缩和强冲击压缩(分为均质炸药和非均质炸药)等方面综述了国外近年来在高能炸药点火方面的研究进展,以炸药在撞击、热、冲击刺激下的试验方法和数学建模方法为主,同时介绍了最新的实验和仿真研究成果。

子弹撞击下CL-20基PBX装药响应研究

为了提高战斗部安全性,指导CL-20基PBX炸药在战斗部装药中的应用和设计,开展了基于子弹撞击试验的典型战斗部撞击响应特性研究。进行了子弹撞击试验,通过分析战斗部响应后的超压数据、验证板穿孔、试验影像和试验样品回收等,评估了子弹撞击战斗部的反应等级。结果表明,子弹撞击试验中,子弹速度为836 m/s,战斗部在子弹撞击下发生了爆轰等级的反应。此外,开展了不同撞击条件下战斗部安全性数值模拟,研究了不同撞击速度下战斗部的反应过程。结果表明,子弹以850 m/s和750 m/s撞击时,战斗部分别发生爆轰和燃烧等级的反应。该研究为典型战斗部的撞击响应预测及反应等级评价提供了数据支撑。

含铝炸药爆轰数值模拟研究

对含铝炸药 2 5 mm和 5 0 mm圆筒试验进行了二维爆轰数值模拟 ,标定了含铝炸药 JWL状态方程和反应速率方程参数 .为检验含铝炸药爆轰模型及其相关参数的合理性 ,对含铝炸药驱动金属平板试验进行了二维爆轰数值模拟 ,得到了与实验值相符合的结果 .分析了铝粉在炸药爆轰中的反应情况和约束条件对含铝炸药爆轰性能的影响 .结果表明 。

弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型

基于Kim的弹粘塑性单球壳塌缩模型,考虑PBX炸药中的粘结剂效应,假设炸药和粘结剂均为弹粘塑性材料,建立了弹粘塑性双球壳塌缩热点反应模型,给出了炸药球壳在冲击压力作用下的速度、应变、温度和化学反应速率的时空分布,以及新的热点反应速率理论表达式。把新的热点反应项与Kim的低压下慢反应项和张震宇提出的高压反应速率方程相结合,得到了新的冲击起爆三项式细观反应速率模型。把该模型加入DYNA2D中,模拟了PBX-9501炸药的一维冲击起爆过程,结果表明:该模型除了可以解释炸药颗粒度和孔隙度的影响外,还可以较好地描述粘结剂强度和含量对PBX炸药冲击起爆感度的影响。

受热炸药的冲击起爆特征

设计了炸药驱动飞片起爆受热炸药的实验装置,该装置既能够对实验炸药进行均匀地加热,又能够避免高温对加载炸药的影响。利用设计的实验装置对PBXC10炸药(HMX/TATB复合炸药)进行了14、100、140、160和180℃等5种不同加热温度下的冲击起爆实验,测量了该炸药内部压力的成长历程。采用点火增长反应速率方程对PBXC10炸药冲击起爆进行了数值模拟。根据实验结果,标定了不同温度下PBXC10炸药的点火增长模型参数,并给出了模型参数随温度变化的关系式,获得了不同温度下炸药的Pop关系。研究结果表明:PBXC10炸药的冲击波感度随温度的升高而升高,但与HMX炸药相比,其冲击波感度对温度的敏感性明显降低,这是因为PBXC10炸药中的TATB具有较好的降感作用。

高能炸药摩擦感度的数值模拟

为了研究炸药摩擦安全性,利用熔化摩擦模型对几种高能炸药的摩擦感度进行了数值模拟,结果符合实验,并根据热分解反应速率分析了感度规律。由于炸药熔点一般低于点火温度,所以基于一个考虑熔化现象的炸药摩擦模型,在炸药感度实验条件下进行了一维数值模拟,给出了炸药熔化结果和摩擦点火的时间:4种摩擦感度较弱的炸药包括DATB、NQ、TATB和TNT的点火时间的顺序即感度顺序符合实验结果,说明摩擦点火模型适应性。进一步结合炸药热分解反应速率的大小顺序,数值模拟证明,在一定摩擦强度下,点火顺序会发生交换,说明摩擦感度实验不能完全说明炸药摩擦感度强弱顺序。

CL-20基混合炸药的冲击起爆特征

为了研究CL-20基混合炸药的冲击起爆特征,深入分析冲击波作用下CL-20基混合炸药的爆轰成长规律,采用炸药驱动飞片冲击起爆实验方法,对CL-20、CL-20/NTO和CL-20/FOX-7三种压装混合炸药进行了冲击起爆实验,通过嵌入在炸药内部不同位置处的锰铜压力传感器,获得了炸药内部压力的变化历程。依据实验结果标定了混合炸药的点火增长模型参数,其中,利用反应速率方程中的两个增长项,分别模拟CL-20/NTO和CL-20/FOX-7混合炸药中两种组分的反应增长过程,得到这两种混合炸药的反应速率方程参数。并通过数值模拟的方法得到了三种炸药的临界起爆阈值和POP关系。研究结果表明:三种CL-20基混合炸药中,CL-20/NTO混合炸药具有更高的临界起爆阈值,而CL-20/FOX-7混合炸药具有更长的爆轰成长距离;此外,利用此套拟合双组分混合炸药反应速率方程的方法,可以对新型配方炸药的冲击起爆过程进行预测性计算。

Al/PTFE活性材料冲击载荷作用下响应特性研究

为了研究铝(Al)/聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)活性材料冲击载荷作用下响应特性,制备了具有反应活性的Al/PTFE块体材料,设计了拉氏实验,采用不同厚度的铝隔板控制入射冲击波幅值,利用锰铜压阻计测量了冲击波在材料中传播过程压力演化过程。同时,基于AUTODYN有限元软件,采用Lee-Tarver三项式点火模型对Al/PTFE活性材料拉氏实验进行数值模拟,并探讨了冲击波在500 mm长的Al/PTFE活性材料中长距离传播行为。研究结果表明,冲击波压力在Al/PTFE活性材料内短距离传播过程中存在明显的衰减,但是,当冲击波传播到远距离时,冲击波压力幅值和冲击波速度趋于稳定,分别为1.3 GPa和2180 m/s;同时,距离铝隔板越远的材料,其反应度越低并最终趋于0.17。正是由于材料化学反应释能,导致了冲击波压力传播过程最终趋于稳定状态。