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。

BP⁃GA算法确定未反应炸药的JWL状态方程参数

为了确定未反应炸药的JWL状态方程参数,提出了一种利用BP神经网络‑遗传算法(BP‑GA算法)和冲击Hugoniot关系确定JWL参数的方法。此方法首先训练BP神经网络,使其可以拟合由不同的JWL参数组合组成的非线性系统,随后采用遗传算法搜寻适应度值最大的一组JWL参数。结果表明:已知某种炸药的初始密度、爆速、Hugoniot系数C0和S,便可利用BP‑GA算法确定其JWL参数;BP‑GA算法确定的8种未反应炸药的p‑v曲线和由试验数据确定的p‑v曲线相吻合,且8条p‑v曲线的R^(2)均不低于0.9995,证明了BP‑GA算法的高精度。

探针式圆筒试验方法及TNT炸药爆轰产物JWL状态方程参数标定

圆筒试验是目前标定炸药爆轰产物状态方程参数最常用的试验之一,为了确定炸药爆轰产物JWL状态方程参数,设计并搭建了探针式圆筒试验平台。采用一组具有径向位移差的镀金探针和20 ns高精度脉冲测时仪记录圆筒膨胀过程中的多个离散点,当圆筒在爆轰产物驱动下膨胀到探针头部形成回路时,脉冲测时仪记录下时间,据此可获得圆筒壁的位移时程曲线。研究开展了两组TNT炸药的探针式圆筒试验,得到了圆筒膨胀位移离散点,试验结果显示两组试验曲线相差较小,表明探针式圆筒试验具有较好的重复性。采用BP-GA算法确定了TNT炸药的爆轰产物JWL状态方程参数,将确定的JWL参数代入有限元软件进行数值检验,结果显示仿真得到的位移曲线相对试验曲线的决定系数R^(2)为0.9997,表明JWL参数具有较高的精度。

用Lagrange分析方法确定固体炸药基于JWL状态方程的反应速率方程

利用Lagrange实验结果和改进的Lagrange分析方法,对固体炸药在动高压流场中的本构方程进行了整体标定.未反应炸药和已反应产物都采用JWL状态方程.分析得到了每个Lagrange位置上的压力p,质量速度u,比容v,比内能随e时间的变化过程,同时可标定基于JWL状态方程的固体炸药的点火与增长型反应速率方程.标定的JWL状态方程和点火与增长型反应速率方程具有良好的相容性,参数可以直接用于动力学计算程序LS-DYNA3D.本文对铸装TNT炸药的二维起爆过程进行了计算.

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.

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。

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。

钝感炸药圆筒试验与爆轰产物JWL状态方程研究

对以ＴＡＴＢ为主的钝感炸药ＪＢ－９０１４进行了２５ｍｍ和５０ｍｍ两种装药直径的圆筒试验，测试了ＴＵ１圆筒在爆轰产物驱动下的膨胀过程Ｒ（ｔ）关系。对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ＪＢ－９０１４的作功能力和圆筒试验的相似性。通过二维流体动力学数值模拟，确定得到了ＪＢ－９０１４炸药爆轰产物ＪＷＬ状态方程参数。经对ＪＢ－９０１４二维平面滑移爆轰驱动试验的数值模拟检验，证明确定的ＪＷＬ状态方程参数是可靠的，具有较高的精度和普适性。

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。

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。

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。

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%。

含铝炸药JWL状态方程参数的确定

用圆筒试验研究了Φ25mm和Φ50mm含铝炸药的JWL状态方程,采用解析求解和二维数值模拟,得到了两种含铝炸药的JWL状态方程参数。结果表明,压装含铝炸药的后加速能力较强。含铝炸药的加速能力与JWL状态方程参数与尺寸有关。

挤注炸药爆轰产物JWL状态方程研究

设计了2种以HMX为主炸药的挤注炸药(ECX)配方,采用25 mm和50 mm 2种装药直径的圆筒试验分别对添加含能增塑剂和惰性增塑剂的2种ECX进行做功能力研究,通过DYNA/2D有限元流体动力学数值模拟,确定了2种ECX爆轰产物JWL状态方程参数.结果表明,采用含能增塑剂是提高ECX炸药做功能力的有效方法.

含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数的预估方法研究

含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数是含铝炸药爆炸性能数值模拟的基础,通常需要开展圆筒实验才能确定,成本很高。在理论计算、数值模拟和验证实验的基础上,提出了一种新的含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数预估方法。该方法首先拟合了LiF的Cowan状态方程参数和热力学函数系数,并用LiF代替含铝炸药爆轰过程中未反应的铝粉,运用BKW程序得到不同铝粉反应度下的多组JWL状态方程参数。在此基础上,再利用AUTODYN软件进行含铝炸药水中爆炸数值模拟,通过数值模拟结果和实验结果的对比,从而确定含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数。研究结果表明:该方法无需开展圆筒试验就可以确定含铝炸药的爆轰产物JWL状态方程参数。

利用LS-OPT软件自动标定DNAN/RDX熔注炸药JWL状态方程参数

爆轰产物状态方程是预估炸药做功能力的重要手段.为拟合JWL状态方程参数,使用铜和钨两种阻抗相差较大的金属飞片进行炸药驱动飞片实验,得到两组飞片自由面中心点速度-时间曲线.使用试错法及LS-OPT软件自动标定两种方法标定了钨飞片工况下的DNAN基熔注炸药(DNAN/RDX 40/60)JWL状态方程参数,试错法得到结果的计算曲线与实验曲线对比误差为16.86%,自动标定的误差为3.04%.再使用自动标定得到的参数对炸药驱动铜飞片的过程进行数值模拟,与铜飞片的实验曲线进行对比,误差为4.60%.研究表明,LS-OPT软件自动标定的方法可用于标定DNAN基熔注炸药JWL状态方程参数,与传统拟合方法相比,可避免进行大量的人工计算,得到的结果更为准确.

水下爆炸实验法在工业炸药JWL状态方程测定中的应用研究

为了方便可靠地测定工业炸药爆轰产物的JWL状态方程,基于压导式连续电阻丝探针设计柱形装药的水下爆炸斜冲击波测量系统,对工业改性铵油炸药(ANFO)进行3组水下爆炸实验,获得其爆轰波-冲击波时程曲线;通过对二维定常流场柱形装药水下爆炸的分析,得到斜冲击波阵面的轨迹,并求解出炸药的爆压、绝热指数、水气界面夹角等参数。以水中斜冲击波阵面和水气界面夹角的实验和模拟结果作为比较对象,通过调整Autodyn有限元分析程序中的JWL方程参数,最终测定出ANFO的JWL状态方程参数。模拟结果与实验结果一致性好,其中斜冲击波波阵面的误差均小于±5%,水气界面夹角的误差在±3%以内,表明所述水下爆炸实验对于大尺度工业炸药的JWL方程参数测定合理可靠。

带有铝粉反应的含铝炸药状态方程的研究

为了解释不同粒径铝粉的含铝炸药爆炸做功能力,考虑到铝粉的气化反应,结合爆轰产物JWL状态方程,得到了新的含有铝粉反应的含铝炸药状态方程。利用有限元软件的二次开发,将新的状态方程加入LS-DYNA中,模拟了含铝炸药(76%RDX/20%Al/4%wax)爆炸驱动飞片实验。飞片速度曲线的数值模拟结果与实验结果基本一致。结果表明,铝粉的反应速率随着颗粒的减小而增大,不同颗粒度的铝粉反应规律不同。对于5μm和50μm粒径的铝粉,其反应速率先增大后减小,而50 nm粒径的铝粉,反应速率很快达到最大而后减小。新的状态方程能够描述含铝炸药的爆轰特性,由铝粉的气化反应速率方程可计算得出铝粉反应度随时间变化规律,不再需要试验标定。新的状态方程与JWL-Miller状态方程比较,其应用更方便简单。