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JWL-Miller状态方程非理想炸药水中爆炸载荷模拟

为研究非理想炸药水中爆炸载荷特性,利用LS-DYNA软件的S-ALE算法,构建了基于JWL-Miller状态方程的非理想炸药水中爆炸载荷数值计算模型,分析了非理想炸药水中爆炸载荷特性。采用正交试验法研究了Miller后燃模型参数对爆炸载荷特性影响敏感性。通过数值计算与试验结果的对比研究,组合匹配了RS211含铝炸药的Miller模型参数,并进行了模型验证与推广应用。结果表明:JWL-Miller状态方程适用于非理想炸药水中爆炸载荷模拟,典型工况RS211含铝炸药水中爆炸冲击波压力峰值与气泡脉动周期数值计算结果与试验结果误差小于10%;研究所得方法、模型以及参数可为相关水中兵器战斗部爆炸威力分析及其优化设计提供支撑。

非理想炸药水中爆炸载荷相似律数值仿真

为研究不同尺度非理想炸药水中爆炸载荷的相似性,采用LS-DYNA软件的S-ALE算法,构建了基于JWL-Miller状态方程描述的非理想炸药水中爆炸载荷数值计算模型;利用典型试验数据对计算模型参数进行了标定,匹配设置了典型RDX基非理想炸药的JWL-Miller状态方程参数;通过不同尺度炸药在不同水域环境条件下的爆炸过程模拟,分析了爆炸载荷特征参数的相似性。结果表明,影响非理想炸药水中爆炸冲击波压力峰值相似律的主要因素是其自身的非理想特性;水域环境因素(如自由面及静水压力梯度等)会对气泡脉动周期与半径的相似律产生较大影响。对于15%允许误差范围的工程仿真而言,0.53~5.30 m/kg 1/3比例距离(约10~100倍炸药半径)范围内,非理想炸药自由场水中爆炸载荷参数相似律可近似满足,与理想炸药的相似律特征基本一致,工程可用。基于JWL-Miller状态方程统一参数描述的非理想炸药默认其后燃反应是稳定且完全的。在实际中,由于水下非理想炸药受到复杂的化学反应动力学的控制,几何尺寸效应仍有可能导致非理想成分释能过程的较大差异,因此,精细化数值仿真需要针对不同比例距离或不同尺度模型来匹配不同的Miller模型参数,爆炸载荷相似律也可能在更有限的尺度范围内成立。

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。