Steven试验中不同形状弹头撞击下炸药响应规律研究

采用2kg小钝头弹丸、针状弹丸和平头弹丸分别对PBX-2炸药进行了Steven试验,试验中采用锰铜压力计和聚偏二氟乙烯(PVDF)压电式压力传感器测试了样品中的压力变化过程,通过高速录像照片分析了点火反应过程;通过冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了Steven试验中不同形状弹头撞击的影响规律。结果初步表明,Steven试验中由于平面撞击产生的强剪切带作用使得炸药反应更剧烈,平头弹丸撞击时PBX-2炸药反应程度更高。

用抛射弹撞击法(Steven试验)研究PBX-2炸药加速老化前后反应能力

采用2kg弹丸对55℃加速老化180天和540天的PBX-2炸药进行了Steven试验,试验中采用锰铜压力计测试了样品中的压力变化过程,通过高速录像照片和压力曲线分析了炸药点火反应的延迟时间,通过冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压。对加速老化前后炸药的试验结果进行了对比,试验结果初步表明加速老化前后的PBX-2炸药在Steven试验中发生反应的反应程度和受力过程并无明显变化。

Steven试验中含TNT类炸药的响应特性

为了研究不同尺寸下含TNT类炸药在撞击作用下的安全性能,用2 kg弹丸分别对TNT炸药以及不同尺寸B炸药进行Steven试验,并用锰铜压力计测试了样品的压力变化过程,用高速摄像机记录了点火反应过程,用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了TNT炸药和B炸药的响应规律。结果表明,Steven试验中B炸药的尺寸变化对射弹起爆速度阈值有显著影响,随着B炸药厚度的增加,其射弹起爆速度阈值随之降低,反应超压增加。

两种塑料粘结炸药的Steven试验及撞击感度研究

采用2kg钢质弹丸对PBX2、PBX1炸药进行了Steven试验,试验中采用锰铜压力计测试了样品中的压力变化过程,通过高速录像照片估算了点火反应的延迟时间,通过冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压。结果表明PBX1炸药和PBX2炸药的点火反应阈值速度分别约为35.0～35.5m·s-1、40～46m·s-1,在同样撞击速度下PBX1炸药的点火延迟时间明显小于PBX2炸药,这表明PBX2炸药较PBX1炸药钝感。

STEVEN试验中模拟材料D-90031力学响应的数值模拟

对模拟材料D-90031在STEVEN试验中应变及炸药样品盒背板凹坑深度进行了数值模损，模拟结果表明，在射弹低速撞击的情况下(≤100m／s)，所选用材料模型及参数能够再现炸药样品盒背板的凹坑深度，计算结果能够基本反映测试点应变的变化趋势。

基于力热耦合材料模型的Steven试验数值模拟方法

在力热耦合材料模型中,增加炸药自热放能模型,建立了Steven试验的力-热-化耦合的数值模拟方法。数值计算模型中,应力应变关系采用双线性硬化弹塑性模型,炸药受力后的热作用采用各向同性热材料模型,炸药的化学反应采用Arrhenius反应率函数,同时还考虑了升温和熔化对材料力学、热学性能的影响。针对标准Steven试验,通过数值分析得到了靶板的变形情况和炸药点火的速度阈值,将计算结果与实验数据进行了比较,两者符合较好。表明该方法可以较好地模拟Steven试验,而且与以往的分析模型和方法相比,本文的方法不需要增加经验性的点火准则和判据,具有更广泛的适用性,可以为研究低速撞击条件下炸药的力热响应和局域化点火问题提供参考。

高聚物粘结炸药Steven试验低速撞击破坏和点火的数值模拟

建立了Steven撞击试验有限元计算模型。采用热力耦合模型和Arrhenius方程描述炸药的热反应,用节点分离方法模拟炸药的破坏,对不同形状弹头低速撞击高聚物粘结炸药的响应过程进行了数值模拟研究。计算得到的破坏模式、点火区域和点火阀值速度与试验结果吻合较好。分析了弹头形状对炸药受力和反应的影响。计算结果表明,弹头形状会影响炸药的受力,从而导致炸药的点火阀值速度和点火位置的不同。

STEVEN试验中模拟材料D-90031力学响应的数值模拟

由LANL的Stenen K．Chidester和Green在20世纪90年代初设计的STEVEN试验补充了苏珊试验在安全性能考核方面的不足，更接近于武器在意外的低速撞击中受冲击的情况，被列为美国用于库存老化炸药的安全性能测试。

损伤累积下PBX炸药低速撞击点火行为的数值模拟

为了研究微裂纹损伤累积对PBX炸药低速撞击点火行为的影响,采用考虑微裂纹拉压非对称性演化的PBX炸药力-热-化耦合模型,对损伤累积下HMX基PBX炸药点火行为进行数值模拟;炸药内部的损伤累积通过多次撞击实现;此外,模拟了平头弹和针形弹对PBX炸药多次撞击点火行为。计算结果表明,损伤累积作用下,PBX炸药第二次撞击点火阈值随第一次撞击速度增加表现为非线性降低,这是因为多次撞击提高了撞击区域环向扩展裂纹的损伤程度,环向裂纹的损伤累积加剧了PBX炸药剪切变形,导致了表面裂纹摩擦生热的加剧,并最终形成了热点;平头弹多次撞击下提高了弹头边缘对应区域的损伤程度,并在该位置发生了炸药的点火行为;而针形弹多次撞击条件下,裂纹损伤程度显著提高,同样导致炸药点火行为。

低强度冲击下炸药点火的数值模拟

为了研究炸药在低强度冲击下的反应特性,根据标准的Steven试验建立了数值计算模型,采用热力耦合模型和Arrhenius方程描述炸药的热反应,对不同速度弹头撞击炸药过程进行了数值模拟计算,获得了炸药点火的弹头阈值速度,分析了弹头形状对炸药反应的影响。计算结果表明,在弹头阈值速度下,炸药点火存在一定的延迟时间,随着弹头速度的增大,延迟时间缩短;弹头形状会影响炸药受力过程,使炸药点火特性发生变化。