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。

炸药爆轰合成纳米金刚石的拉曼光谱和红外光谱研究

用负氧平衡炸药爆轰法合成纳米金刚石,并用粉末X射线衍射(XRD)仪、激光Raman光谱仪和红外光谱仪等分析仪器对其结构进行表征。XRD结果表明,纳米金刚石为立方结构,由于其内部结构的高密度缺陷、杂质原子的夹杂使谱线偏离,晶格常数比静压合成的大颗粒金刚石大0.72%。由于金刚石晶粒细小,Raman光谱特征峰产生宽化,并且向小波数方向偏移了3cm-1,此外在纳米金刚石中还含有极少量的石墨。红外光谱测试结果中,3422cm-1吸收峰为O—H伸缩振动峰;在1634cm-1出现了H2O的弯曲振动峰,表明在纳米金刚石样品粉末中含有水分;2930和2857cm-1是CH2的反对称和对称伸缩振动吸收峰;2971cm-1是CH3的反对称伸缩振动吸收峰,说明样品中存在极少量的碳氢化合物;1788cm-1吸收峰为CO伸缩振动吸收峰。文章从纳米金刚石的生成机理上分析了产生这些峰位的原因,结果表明纳米金刚石属于Ⅰ型金刚石,在它之中含有ⅠaA型和Ⅰb型金刚石,ⅠaA型金刚石的含量比Ⅰb型金刚石多。

炸药爆轰产物Jones-Wilkins-Lee状态方程不确定参数

Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程是一种不显含化学反应、由实验方法确定参数的半经验状态方程,能比较精确地描述爆轰产物的膨胀驱动做功过程.在JWL状态方程中有多个未知(不确定)参数需要确定.传统的确定JWL状态方程参数的方法是"调参数",人为因素影响较大,无法给出参数的不确定性信息.本文利用贝叶斯分析方法研究了炸药的不确定参数,该方法能够基于以往的认识、实验和模拟数据标定(calibration)不确定参数.在本文结果中,不确定参数的后验分布均值与文献结果相符合,基于参数标定结果的数值模拟90%置信区间完全包含实验数据.数值标定结果说明贝叶斯参数标定适用于确定样品炸药的JWL状态方程参数.特别是,在本文JWL状态方程参数标定过程中极大地减少了人为因素的影响.

金刚石的石墨化及其对炸药爆轰合成超微金刚石产出率的影响

金刚石的石墨化对于炸药爆轰过程中金刚石的产出率有重要的影响。对碳相图进行了讨论 ,提出采用金刚石 石墨的动力学平衡线来评价炸药爆轰过程中金刚石的石墨化。通过数值模拟 。

炸药爆轰气体产物中无机组份的离子色谱分析方法研究

采用超纯水、Na2CO3-NaHCO3、NaOH 3种不同的吸收液吸收爆轰气体产物、离子色谱进行样品分离、外标法定量,建立了爆轰气体产物中HF、HCl、HCN无机污染物的离子色谱分析方法。研究表明,炸药爆轰气体中含有一定量的HF、HCl和少量的HCN,选择3.2mmol/L Na2CO3与1.0mmol/L NaHCO3混合溶液作为爆轰产物中无机组份的吸收液,吸收效率均值大于90%;离子色谱分析方法的相对标准偏差(RSD)小于5.0%,相关系数达到0.9990以上;进样量为100μL时,HF、HCl、HCN的检测限分别为0.04mg/m3、0.03mg/m3、0.05mg/m3。该方法灵敏度高,回收率好,且样品预处理简单。

高能炸药爆轰过程的广义插值物质点法模拟

针对运用标准物质点法(MPM)对高能炸药爆轰过程进行数值模拟时,由于跨网格误差的存在,求解精度较低,计算稳定性较差等不足,将一种新算法——广义插值物质点法(GIMP)扩展到此类问题的数值模拟中.爆轰气体采用无粘性流体模型来描述,并假设整个爆轰过程是绝热的,建立了欧拉形式的控制方程.高能炸药选用TNT,并采用JWL状态方程进行描述.采用GIMP方法分别对一维板条TNT爆轰和二维聚能装药爆轰进行了数值计算,给出了TNT板条起爆后几个典型时刻的密度、内能和压力分布曲线以及聚能装药爆轰过程中速度矢量图和压力分布云图,成功捕获了聚能装药爆轰过程中的主要物理特征.数值计算结果表明,GIMP比标准MPM在计算精度以及稳定性上都有很大的提高,能够很好地模拟高能炸药的爆轰过程.

气相/凝聚炸药爆轰合成的碳包铜纳米颗粒特征

采用凝聚炸药爆轰和气相爆轰分别制备碳包铜纳米颗粒,并利用XRD,Raman和TEM等方法对合成纳米产物进行对比分析。其中凝聚炸药爆轰法以柠檬酸铜干凝胶、油酸和黑索金为原料按照一定比例配成爆炸源,在氮气的保护氛围中引爆;而气相爆轰法以乙酰丙酮铜为原料,分别以H2和O2,H2和空气为爆炸源,在负氧条件下引爆。通过XRD,Raman和TEM分析结果表明,两类爆轰法均可得到分散性良好的碳包覆铜纳米颗粒,碳壳石墨化程度较高。气相爆轰可以合成10nm以下的纳米晶粒,而凝聚炸药爆轰合成的晶粒尺寸在20~40nm,且存在较多空壳结构;气相爆轰产物其碳壳尺寸在2~3nm,凝聚炸药爆轰产物其碳壳尺寸在2~5nm。

炸药爆轰性能变化对破岩效果影响的实验研究

在耦合装药条件下 ,通过两组对比爆破破碎实验 ,研究了炸药爆轰性能变化对破岩效果的影响。第一组实验 ,采用相同的冲击能 (Es)与膨胀能 (Eb)比值的柱状药包 ,爆破破碎不同波阻抗的混凝土介质 ;第二组实验 ,采用不同的冲击能 (Es)与膨胀能 (Eb)比值的柱状药包 ,分别爆破破碎相同的混凝土介质。实验结果表明 ,随着炮孔孔壁上产生的透射应力波峰值 (Pt)的增大 ,第一组实验的小尺寸破碎块度的产出量 (MSF)随之上升 ,而第二组实验的MSF随之下降。分析结果表明 ,药包爆轰性能的改变 ,使得Es 和Eb的加载水平发生相应的变化 ,进而影响到MSF的变化趋势。MSF取决于Es 和Eb 加载的共同作用结果。这表明除Es 冲击加载外 ,Eb 动态加载在爆破破岩过程中起了积极作用。

固体炸药爆轰与惰性介质相互作用的一种扩散界面模型

提出一种保持热力学一致性的扩散界面模型,用来数值模拟固体炸药爆轰与惰性介质的相互作用问题。基于混合网格内各组分物质间可以达到力学平衡状态而不能达到热学平衡状态的假设,由混合网格能量守恒以及压力相等条件,推导出每种组分物质的体积分数演化方程。由此获得的扩散界面模型包括组分物质的质量守恒方程、混合物质的动量及总能量守恒方程,同时包括组分物质的体积分数演化方程和混合物质的压力演化方程。该扩散界面模型的主要特点是考虑了化学反应以及热学非平衡的影响。提出的扩散界面模型在物质界面附近不会出现物理量的非物理振荡现象、适用于任意表达形式的物质状态方程以及任意数目的惰性介质。

固体炸药爆轰的一种考虑热学非平衡的反应流动模型

基于固体炸药爆轰过程中化学反应混合区内的固相反应物与气相生成物处于力学平衡状态及热学非平衡状态的事实,提出一种考虑热学非平衡效应的反应流动模型来描述固体炸药的爆轰流动现象.该爆轰流动模型的主要特点是,在反应混合物Euler方程和固相反应物质量守恒方程的基础上,通过附加一套关于固相反应物的组分物理量的流动控制方程来表达固相反应物与气相生成物之间的热学非平衡效应.根据反应混合区内固相反应物与气相生成物这两种化学组分保持各自内能守恒的混合规则,并借助它们具有压力相等的性质以及满足体积分数总和为1的条件,推导获得的附加方程有:固相反应物的内能演化方程、体积分数演化方程及反应混合物的压力演化方程.这样,建立的爆轰模型包括:反应混合物的质量守恒方程、动量守恒方程、总能量守恒方程、压力演化方程,以及固相反应物的质量守恒方程、内能演化方程、体积分数演化方程.对所获得的爆轰模型方程组采用一个时空二阶精度的有限体积法进行数值求解,典型爆轰问题算例结果表明本文提出的固体炸药爆轰模型是合理的.

爆炸焊接炸药爆轰波与金属复合板界面波生成机制研究

爆炸焊接金属复合板界面成波机理是学术界争议较大的问题,而炸药爆轰波是否为形成界面波的必要条件,也未完全得到理论和试验的验证。为了研究爆炸焊接金属复合板界面波和炸药爆轰波之间的定量关系,在爆炸焊接复板受炸药爆轰波驱动和不受炸药爆轰波驱动两种情况下,对复合板界面成波情况进行了对比测试分析。结果表明,在复板动态参数一致的条件下,获得了两种不同的试验结果,从而证明,在爆炸焊接过程中,炸药爆轰波直接作用于复板上表面是形成金属复合板界面波的必要条件。

炸药爆轰法制备纳米金刚石

介绍了用炸药爆轰制备纳米金刚石的方法和产品的性质。讨论了制备和后处理过程的各种因素对制备结果和产品性质的影响。同时，还介绍了这种金刚石粉的一些应用，讨论了它的应用前景。

炸药爆轰法合成纳米级金刚石的初步研究

该文介绍了炸药爆轰法合成纳米级金刚石的初步结果,阐述了纳米金刚石在炸药爆轰区生成的依据,并对今后的研究工作提出了设想。

炸药爆轰制备纳米石墨粉储放氢性能实验研究

介绍了一种新的制备纳米石墨粉的方法———炸药爆轰法 .通过对爆轰合成的黑色粉末进行x射线衍射分析 ,确认其为六方结构的纳米石墨 ,平均晶粒度为 1 86— 2 6 1nm .用BET气体吸附仪测试纳米石墨粉的比表面积约为5 0 0— 6 5 0m2 g,由比表面积计算得到的纳米石墨粒度为 4 4 1— 6 85nm .在室温 (≈ 2 90K)和 12MPa压力条件下对纳米石墨粉进行储放氢气性能测试 ,结果表明纳米石墨粉样品的储放氢量为 0 33wt%— 0 37wt% .在相同实验条件下 ,纳米石墨粉原始样品的储放氢能力较原始纳米炭纤维 (0 15wt%— 0 35wt% )和多壁碳纳米管 (0 15wt%— 0 2 0wt% )的储放氢能力略强 ,但低于超级活性炭 (0 92wt%— 0 98wt% ) .纳米碳材料的比表面积在其储放氢实验中起关键作用 .

炸药爆轰法制备纳米石墨粉及其在高压合成金刚石中的应用

介绍了一种制备纳米石墨粉的新方法———负氧平衡炸药爆轰法 .对合成的黑粉产物进行x射线衍射分析 ,确认其为石墨结构 ,平均晶粒度为 2 58nm .透射电子显微分析的结果表明 ,炸药爆轰法制备的黑粉为六方结构的纳米石墨粉 ,颗粒呈球形或椭球形 .用小角x射线散射法测定纳米石墨粉的粒度分布在 1— 50nm ,有 92 6wt %的粉末粒度小于 16nm .平均粒径为 8 9nm .纳米石墨粉的比表面积约为 50 0— 650m2 g .在六面顶压机中用纳米石墨粉在Fe粉触媒的作用下进行金刚石的高压合成实验 .实验结果表明 ,约在 12 50— 13 3 0K的范围内 ,有金刚石颗粒生成 ,颗粒尺寸为 5— 15μm ,呈球状或块状 .这一合成温度比用普通石墨合成金刚石的温度低约 3 0

爆轰驱动多介质问题的Lagrange多分区自适应数值模拟研究

凝聚炸药爆轰驱动惰性金属材料形成的多介质流动问题广泛存在于工程应用领域,Lagrange方法由于其物质界面的高保真特性一直在相关问题的数值模拟中发挥着不可替代的作用.加密网格是提高爆轰驱动多介质问题模拟精度的常用途径之一.然而,Lagrange框架下整体密网格计算常会遇到网格畸变、计算效率低等问题.为此,针对爆轰驱动多介质流动问题,提出了一种Lagrange框架下的非结构网格多层自适应方法,在保证所关心区域局部网格分辨率的前提下,大幅缩减了整体计算规模,提升了Lagrange计算的健壮性.设计了非结构网格多层数据结构,提出了多层网格分层存储、有效网格压至一层进行Lagrange计算的AMR策略,同时还发展了自适应接触滑移耦合算法,实现了AMR计算与多分区接触滑移计算的“紧耦合”.相比于已有工作,所提出的AMR方法既保持了非结构网格多层数据结构的灵活性优势,又避免了Lagrange框架下多层网格分别计算带来的层间耦合困难,同时因实现了与接触滑移的自适应耦合,使得它能很好地适应多分区的多介质问题.在一维、二维爆轰算例验证所提出方法正确性的前提下,开展了拐角爆轰、多层炸药隔爆和有限尺寸弯道爆轰等复杂爆轰弹塑性多介质问题的数值模拟研究.计算结果显示,采用Lagrange非结构多层AMR数值模拟方法,可以有效捕捉凝聚炸药爆轰与惰性金属材料相互作用过程中的波系结构,可节省90%以上的网格规模.该方法对复杂几何边界、复杂波系结构和多分区相互作用等问题具有良好的适应性,为后续开展凝聚炸药爆轰约束问题的机理研究奠定了坚实的基础.

含金属铜离子炸药爆轰合成石墨包覆铜纳米颗粒

主要采用硝酸铜、柠檬酸、油酸和RDX成功制作了含有铜离子的溶胶凝胶前驱体炸药,并在密闭容器中氩气保护下炸药爆轰合成了球形、颗粒尺寸均匀、核壳结构的石墨包覆铜纳米颗粒(Cu-Gs)。采用XRD、TEM、Raman等表征了爆轰产物的结构组成、形貌特征及包覆层构成。通过优化设计调整前驱体炸药的元素摩尔组成、密度及氧平衡,从而来寻求控制合成Cu-Gs的途径。最后简要讨论了Cu-Gs的生长机理。

炸药爆轰的连续介质本构模型和数值计算方法

假定炸药和爆轰产物处于局部热力学平衡状态,即它们的压力和温度相同,利用热力学基本关系建立炸药爆轰过程的连续介质本构模型的一般理论框架.在此框架下,炸药爆轰本构模型由一组常微分方程构成,包括炸药和爆轰产物的状态方程、简单混合法则、化学反应速率方程和能量守恒方程,易于由成熟的计算方法如梯形法等进行求解.一组广义Maxwell型非线性固体本构形式的微分方程描述了压力和温度随时间的演化速率与应变率和化学反应速率的关系,借助简单混合物理论,其中的系数由炸药和爆轰产物的材料参数确定.未反应的炸药和爆轰产物采用JWL状态方程,化学反应率方程采用Lee-Tarver点火-燃烧二项式模型,模拟PBX-9404炸药的一维冲击波起爆过程和爆轰波传播过程.计算结果表明了本文给出的本构模型和相应计算方法的有效性.

浅谈几种国外炸药爆轰检测技术

近年来,国外在炸药爆轰检测方面的技术与方法有了很大的发展,能够从微观领域去研究炸药爆轰过程的本质。介绍了炸药爆速测量、爆炸转换和产物膨胀区域的密度分布以及利用衰减冲击波研究爆轰的一些新方法,以便更加准确和全面地研究炸药爆轰过程。

一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法

提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组,基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种'真正多维'的理论解,是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解:显式格式处理对流项,隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明,提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.