三项式点火增长模型及各参量调控机理研究

为了探明Lee-Tarver三项式点火增长模型各参量的调控机理,根据三项式反应速率方程,分析预测了Lee-Tarver三项式点火增长模型各参量对冲击起爆特性的影响。建立以HMX为施主炸药、H6JJ1为受主炸药的小隔板试验有限元模型,确定了该模型起爆成功时小隔板的临界厚度区间为1.2~1.3 mm。调节受主炸药的各三项式点火增长模型参量,得到了该模型起爆成功时小隔板的临界厚度区间变化,明确了Lee-Tarver三项式点火增长模型各项系数对冲击起爆特性的影响。内向的球形颗粒燃烧b和c取值为0.667;a,d,e,g,λ_(G2min)与冲击起爆所需压力为正相关关系;I,x.G_(1),G_(2),λ_(igmax),λ_(G1max)与冲击起爆所需压力为负相关关系;y和z为压强指数,当0<p<1时,冲击起爆所需压力为负相关关系,当p≥1时,冲击起爆所需压力为正相关关系。本文研究揭示了三项式点火增长模型各参量的调控机理。

钝感炸药点火增长模型的欧拉数值模拟

在自主研发的二维多介质欧拉弹塑性流体力学程序中,通过引入点火增长的反应率模型以及炸药减敏模型,借助网格自适应技术,研究钝感炸药的冲击点火、直径效应以及死区形成等爆轰现象。数值模拟结果表明,该程序能够正确模拟平面爆轰波的爆速、CJ状态、von Neumann尖点等爆轰参数;并能够较好模拟炸药的直径效应。另外,通过引入考虑减敏效应的反应率模型,能较好地模拟钝感炸药的死区形成过程。

基于点火增长模型炸药混凝土内爆炸特性研究

钻地武器研制以及国防工程建设的需要大大推动了内爆条件下混凝土损伤力学特性的研究。基于炸药冲击起爆的点火增长模型和混凝土动力学损伤模型,采取无网格方法研究高聚物粘结炸药在混凝土介质中的破坏损伤效应,定量地确定混凝土损伤区域尺寸与炸药量、炸药初始埋深的多项式关系,得出:掩埋条件下,与其它损伤参数相比,炸药药量对混凝土损伤区域体积影响最显著。且同一药量下,炸药的埋深在3/8H至1/2H范围,内爆炸对混凝土介质的破坏效应较大。同时,还定量地给出混凝土自由面介质的最大运动速度与炸药埋深的指数衰减关系式,为进一步提高高聚物粘结炸药在混凝土内爆炸的做功能力和威力提供理论依据。

基于点火增长模型的颗粒炸药低速撞击特性研究

为了探究颗粒炸药在低速撞击作用下的微观受力过程和主要点火机制,在分析三项式点火增长模型的基础上,利用AUTODYN软件对落锤低速撞击颗粒炸药试验进行数值模拟,分析落锤下落高度的变化对颗粒炸药的温升和热点形成的影响,建立基于塑性功转化热能原理的温升公式。数值模拟仿真结果表明:应力应变峰值通常出现在颗粒的交界处,使颗粒与颗粒的接触面处存在较大的塑性功,在短时间内塑性功能够转化出更多的热能;ALPHA云图表明多数情况下颗粒交界处出现高温热点并汇合,导致炸药发生反应。

某种固体推进剂点火增长仿真模型研究

采用三项式点火增长模型描述固体推进剂,进行不同高度下的落锤仿真,并修改模型参数使推进剂药片钝化,进行相同高度下的落锤仿真。仿真中落锤的高度根据固体推进剂的特性落高试验测得的感度值而确定。仿真结果和特性落高试验结果一致,落锤从一定高度下落撞击推进剂,推进剂恰好爆炸。且推进剂参数钝化后无法爆炸,证明该参数为控制推进剂的敏感参数。该方法可适用于不同型号的炸药、火药及固体推进剂,得到的仿真模型参数准确可靠,可用于后续跌落、碰撞及枪击安全性研究。

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。

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。

固体发动机跌落导致异物侵彻过程数值仿真研究

含能材料在撞击、摩擦等刺激下易发生点火甚至爆炸等危险现象,而固体火箭发动机内部含有大量推进剂装药,在导弹发射失败、吊装过程跌落、生产运输过程中的翻覆与碰撞等实际场景中存在安全事故风险,此时发动机受到剧烈撞击,引起装药内部压力变化,甚至造成燃烧爆炸,将会对周围环境和人员造成严重的威胁。针对固体发动机安全性问题,使用数值模拟方法进行研究,特别开展了跌落至凸起地面和跌落伴随金属杆件侵彻等更贴近实际情景的仿真计算,得出了在不同工况条件下固体发动机装药的压力、应力、反应度等结果,经安全性评估认为,本研究中计算的所有工况均不会发生爆炸。

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。

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。

JO-9C(Ⅲ)炸药的飞片冲击起爆判据参数拟合

针对JO-9C(Ⅲ)炸药的冲击起爆判据参数缺失问题,结合理论模型和模拟计算结果,拟合得到了JO-9C(Ⅲ)炸药的3种不同形式的起爆判据参数。利用AUTODYN软件,建立了不同尺寸钛飞片冲击起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的数值模型,得到不同尺寸钛飞片起爆JO-9C(Ⅲ)炸药的临界速度。根据冲击起爆理论和飞片临界起爆速度,计算出JO-9C(Ⅲ)炸药内入射冲击波的波阵面参量,再结合p-τ、James和Π-τ3种起爆判据形式,拟合得到JO-9C(Ⅲ)炸药的起爆判据参数,起爆判据参数的拟合精度从高到低依次为Π-τ、p-τ、James。

PBX-9404炸药临界起爆特性数值模拟

为研究PBX-9404炸药临界起爆特性问题,建立卡式隔板试验的冲击起爆计算模型,采用AUTODYN数值模拟软件和Lee-Tarver点火增长模型,对PBX-9404炸药在冲击波的作用下的临界起爆特性进行数值模拟。利用模拟计算与文献验证方法确定适合描述该试样炸药冲击起爆过程的Lee-Tarver模型参数,通过模拟计算冲击波在有机玻璃中的传播过程与实验对比的方法验证数值模拟的准确性。数值模拟结果表明:通过改变隔板材料、壳体厚度、点火方式等3种途径,冲击阻抗大的隔板材料临界隔板值小;壳体厚度越大,试样炸药的临界隔板值越大,临界起爆压力越小,当厚度值增加到5 mm后,两者不再变化;在3种点火方式里,点起爆的临界隔板值最小,面起爆的最大。

预制破片对战斗部冲击起爆数值模拟

分析了高速条件下预制破片冲击起爆巡航导弹战斗部的作用机理,采用Lee-Tarver点火增长模型和AUTO-DYN程序对高速预制破片冲击起爆战斗部进行了数值模拟,着重分析了破片材料、直径、形状和被起爆战斗部装药及壳体对冲击起爆的影响.结果表明,对于相同质量的破片,大密度和不规则的破片更容易冲击起爆战斗部;通过采用重金属材料,增大破片直径,采用柱形或其它不规则破片,可以提高破片速度来提高破片冲击起爆战斗部的能力.

带壳B炸药在钨珠撞击下冲击起爆的数值模拟

基于L ee-T arver点火增长模型,对直径分别为9、14、18和25mm的钨珠撞击带钽壳B炸药的过程进行了数值模拟,计算出了引爆B炸药的阈值速度,计算值与试验值相符合。探讨了B炸药在钨珠撞击下的起爆机理,结果表明,随着钨珠尺寸的增大,引爆B炸药的钨珠撞击阈值速度呈指数规律减小;当钨珠以引爆阈值速度撞击炸药时,随着钨珠直径的增大,炸药发生爆轰的时间逐渐推后,爆轰增长速度逐渐变慢。从钨珠撞击引爆炸药的机制来说,炸药点火是压力波的峰值压力和持续时间共同作用的结果,峰值较低的压力波作用较长时间也可以引爆炸药。

聚黑-14C的传爆装置冲击起爆实验及数值模拟

基于聚黑(JH)-14C传爆药的小隔板试验方法及结果,建立了小隔板试验有限元模型并进行了模拟计算,确定了密度为1.65g/cm^3时JH-14C的Lee-Tarver参数。以RDX-8701为主发药柱,对实际装药条件下JH-14C的传爆装置进行了冲击起爆实验,得到了钢鉴定块的凹坑深度。根据小隔板试验确定的JH-14C传爆药Lee-Tarver参数,建立了全尺寸的冲击起爆实验有限元模型,并对比分析了模拟结果与实验结果,通过改变导爆药柱顶部的钢隔板厚度,确定了JH-14C的传爆装置发生冲击起爆的临界钢隔板厚度。结果表明,冲击起爆实验中钢鉴定块的凹坑深度约为2.1mm,模拟计算结果与实验结果基本吻合;JH-14C的传爆装置冲击起爆的临界钢隔板厚度在4~5mm。

常温附近温度变化对炸药冲击起爆特征的影响（英文）

为了研究常温附近温度变化对炸药冲击起爆特征的影响程度和规律,设计并建立了炸药局部加热和冷却装置,结合拉氏分析方法研究了HMX/TATB基复合高能炸药PBX-1和TATB基钝感高能炸药PBX-2在常温附近（5-75℃）的冲击起爆压力成长过程。基于实验结果,利用点火增长模型对两种炸药的冲击起爆过程进行了数值模拟。结果表明,随着温度升高（5-75℃）,炸药的冲击起爆压力成长过程均逐渐变快,到爆轰距离变短,点火增长模型中的反应速率参数G1变大,说明两种炸药随温度的升高对冲击变得更敏感,常温附近温度变化对炸药安全性的影响不能忽略。

带壳炸药在高速运动炸药作用下殉爆效应研究

为研究带壳炸药在高速运动炸药作用下的殉爆效应,应用Lee-Tarver点火增长模型对三种不同运动速度的两种主发炸药作用下带壳炸药的临界殉爆距离进行数值模拟研究,获得了主发炸药运动速度对带壳炸药殉爆距离的影响规律。结果表明:主发炸药运动速度越快,动爆毁伤效能越强,被发带壳炸药临界殉爆距离越大;主发炸药运动速度越快,不同运动速度下被发带壳炸药临界殉爆距离差距越大;质量和运动速度均相同的TNT和PBX9404主发炸药,PBX9404炸药作用下被发带壳炸药临界殉爆距离较大,且两种主发炸药运动速度越快,这一差距越明显。

钨合金穿甲弹对超音速导弹战斗部冲击起爆研究

为研究高速钨合金穿甲弹对超音速导弹战斗部的冲击起爆特性,应用Lee-Tarver点火增长模型进行了数值模拟,获得了钨合金穿甲弹冲击起爆超音速导弹战斗部的机制以及弹目交汇角对冲击起爆的影响规律。结果表明:钨合金穿甲弹对超音速导弹战斗部的冲击起爆,发生在穿甲弹绝热剪切装药的阶段;偏轴距离相同,冲击起爆超音速导弹战斗部的能力,先与入射角大小成正比,后成反比;入射角相同,偏轴距离越小,冲击起爆超音速导弹战斗部的能力越强。

一种反射增强型起爆结构的数值模拟研究

采用动力学软件AUTODYN-2D模拟了一种反射增强型起爆结构和普通起爆结构的爆轰波传播、反射、碰撞、成长以致最后起爆主装药的过程。用Lee-Tarver点火增长模型来描述传爆药爆轰后引起不敏感主装药的反应程度和爆轰情况,以主装药中的冲击压力值、反应度(ALPHA)、主装药完全起爆的时间和距离等作为衡量参数,对比了两种起爆结构的输出能量和起爆能力,探索了反射筒的直径和高度对反射增强型起爆结构起爆能力的影响。数值模拟结果验证了基于爆轰波反射和叠加的反射增强型起爆结构的原理正确性,并提出了反射筒结构的设计原则。