蒋国平[1]2004年在《非均质凝聚炸药二维冲击起爆实验与Lagrange分析研究》文中提出本文主要通过实验,拉格朗日分析方法和数值模拟对固体炸药的冲击起爆过程进行研究,通过实验研究得到冲击波成长为爆轰波的过程或冲击波在炸药中衰减的过程,通过拉格朗日分析方法得到炸药的反应速率方程的参数,从而架起了实验与数值模拟的桥梁,通过数值模拟对固体炸药的冲击起爆过程进行研究,将模拟得到的结果与实验结果进行比较,从而验证在模拟以及拉格朗日分析是否正确。本文在各个方面都取得了一定的进展。 在实验方面:本文在实验当中采用了先进的二维拉氏传感器,采用的二维拉氏实验方法,实际上是利用隔板实验方法作为加载系统,利用先进的二维拉氏量计测量试件中的起爆和熄灭过程。基本上克服了上述一维方法的不足。 在Lagrange分析方面:本文通过对粗颗粒包复TNT进行小隔板试验,得到了粗颗粒包复TNT的起爆和熄灭的两种状态,并且对两种状态进行了Lagrange分析,得到同样的JWL状态方程和点火增长模型反应速率方程,说明了Lagrange分析方法的完备性——标定的参数适用于同种炸药的各种状态。采用Lagrange分析方法可以对基于JWL状态方程的固体炸药的点火增长模型的反应速率方程进行标定,得到了相关的参数。计算得到的JWL状态方程参数和反应速率方程参数可以直接用于有限元程序DYNA3D计算,应用非常广泛,从而架起了实验与理论模型和数值模拟间的桥梁。首次分析了炸药中的冲击波作用下的熄灭过程,从本文标定的反应度曲线可以看出冲击波在熄灭的过程中,待测炸药仍然有局部化学反应。 在数值模拟方面:利用Is-dyna程序,本文通过Lagrange分析得到的点火增长模型的参数对整个冲击起爆过程进行了模拟,结果与实验的结果比较吻合。验证了标定参数的实用性,说明了拉格朗日分析可以架起模拟与实验的桥梁,为冲击起爆工作者找到一种研究方法。
吴艳红[2]2006年在《非均质凝聚态炸药冲击波临界起爆现象研究》文中研究指明在爆轰学研究领域中,非均质凝聚态炸药的冲击起爆研究是一个前沿性的研究课题。它对军事科学、工业发展和工程应用都具有十分重要的意义。大量文献报道了与冲击起爆现象相关的内容。然而鲜有文献对临界起爆点附近的冲击起爆现象进行研究,而只是测出了各种炸药的冲击起爆隔板厚度值。另外,冲击起爆过程的机制十分复杂,会随初始条件及边界条件的微小变化而产生两种迥然不同的结果,即稳态爆轰和熄爆。近年来,虽有相关文献报道了炸药由冲击发展为稳态爆轰的过程及其数值模拟分析,然而关于炸药临界熄爆过程的文献却很少,更没有看到对熄爆过程进行数值模拟的报道。基于此,本文将研究以下两个方面的内容:一是临界起爆点附近的冲击起爆现象研究;二是临界起爆点附近的冲击熄爆过程及其数值模拟研究。炸药的爆轰具有叁个基本特征:高速、高压及高温。至今为止,实验仍是研究炸药爆轰问题的重要手段。本文对叁种非均质凝聚态炸药的临界冲击起爆过程进行了实验研究,得到了相关数据。再通过数值模拟分析,得出了如下一些创新性结论。1.建立了二维冲击波起爆实验系统。通过小隔板实验的加载方式,对叁种炸药的冲击波临界起爆现象进行了研究。得到了它们的临界起爆隔板厚度和临界起爆压力阈值。2.首次将新型锰铜-康铜复合拉氏压力传感器用于二维轴对称冲击波起爆过程的压力测量,为二维实验的推广铺平了道路。3.首次采用二维拉格朗日分析方法处理实验数据。将径向膨胀对流场参数的影响纳入计算过程,求解的流场分布更接近于实验真实状况。4.通过数值计算与模拟,得出临界起爆点附近的相应结论。5.对冲击起爆过程的实验、计算与数值模拟显示,现有的化学反应速率方程只能描述处于正反馈状态的起爆过程,难以描述临界起爆点附近的熄爆过程。必须在化学反应速率方程中增加其它影响化学反应进程的负反馈项来描述熄爆过程。
卢锦钊[3]2016年在《六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药的速度阈值及影响因素研究》文中提出轴向预制破片战斗部作用后,可以在空中形成一道高速、密集的破片屏障,有效拦截来袭导弹等空中目标,是定向毁伤破片战斗部发展的主要方向之一。目前所采用的预制破片结构大多为球形和圆柱形,而对六棱柱破片的研究较少。六棱柱破片能实现在有限空间排列密集、数量多和作用效果好等目的。因此研究六棱柱破片冲击起爆带壳炸药的速度阈值及影响因素对预制破片战斗部的设计具有重要意义。本文首先通过试验研究了质量为12的六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药的速度情况,得到了B炸药发生爆燃以上反应的速度值。在此基础上,利用Autodyn-3D软件,仿真计算了六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药速度阈值,并利用仿真结果计算了起爆带壳B炸药的冲击起爆判据2。研究了破片的长径比、壳体厚度对单枚六棱柱破片速度阈值的影响,得到了相应的规律。考虑到实际过程中破片群对目标的作用,以双枚六棱柱破片为研究对象,利用仿真方法,研究了双破片以不同间距同时撞击以及双破片间隔撞击带壳B炸药发生爆轰反应的速度阈值及其影响规律,得到了双破片撞击带壳B炸药时,间距越小,速度阈值越低,间距越大,速度阈值越高,当间距达到一定值后,双破片的撞击作用效果与单枚破片相当。最后,研究了破片形状对冲击起爆带壳B炸药速度阈值的影响。假设破片的质量相同,分别以球形破片、圆柱形破片、长方体破片为对象,研究了目标壳体厚度、破片迎风面积等因素对冲击起爆B炸药速度阈值的影响及规律,计算了相应的冲击起爆判据2值,得到了球形破片速度阈值较高,圆柱形破片次之,长方体破片速度阈值最低的结论。同时发现,当目标壳体厚度达到一定值后,圆柱形破片、六棱柱破片和长方体破片速度阈值取向同一值的规律。上述研究结论对预制破片战斗部的设计有重要的参考作用。
赵宏达[4]2016年在《PBX炸药的反应率动力学本构研究》文中研究说明高聚物粘结炸药PBX(Plastic bonded explosive)是一种特殊的非均质炸药,由于其易于加工以及爆轰威力强大而被广泛应用于各国的军事武器中。PBX炸药作为钻地弹等炸弹的内部装药其工作时必然会受到强烈的冲击波作用,在加工或运输等过程中也会受到冲击载荷等作用。在常规武器中,理想情况是其在受到较小的冲击波作用就能起爆以增大杀伤力,而在加工运输或者钻地武器中又希望其能够承受一定的冲击载荷而不发生爆炸,故对PBX凝聚炸药的冲击起爆特性研究意义重大。PBX凝聚炸药的反应率本构模型能够很好反映这种特殊材料的冲击爆轰性能,也是利用数值模拟等技术研究PBX炸药起爆过程的必不可少的材料模型,故本文将PBX凝聚炸药的反应率动力学本构作为研究的核心内容。本文的主要研究内容如下:首先,本文介绍了PBX凝聚炸药动力学本构模型的基本理论,包括未反应炸药和反应产物的状态方程、单温模型混合法则以及常见得反应率本构模型等,为理论分析做好铺垫。其次,本文自主设计了拉格朗日实验加载装置,并顺利完成了拉格朗日实验,测得到了药柱冲击起爆过程中不同拉式位置的压力时程曲线。另外本文在实验部分装置(如触发探针等)设计方面取得了一些原创性的成果。再次,本文基于实验测量结果采用拉式分析方法得到了PBX炸药的点火增长方程参数。计算中引入路径线法提高了计算精度,并以差分代替积分编制了MATLAB计算程序,求得了起爆流场的质速、比容和内能等物理量时程曲线。采用单温模型和混合法则引入了反应度并建立了反应度与起爆流场物理量之间的关系,通过求解方程组,获得了起爆流场的反应度时程曲线。利用反应度获得了反应率曲线,从而对反应率方程中的参数进行标定。最后,本文采用大型显式非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,利用拉式方法标定的PBX炸药的本构模型参数对冲击起爆实验进行了数值模拟。数值模拟获得的拉式位置的压力时程曲线与实验曲线基本吻合,验证了本文所标定的叁项式点火增长方程参数的正确性。
崔凯华[5]2010年在《高能炸药冲击起爆数值模拟》文中研究说明在分析并验证圆柱体型平头铜弹撞击带盖板Comp B装药起爆情况的基础上,利用LS-DYNA模拟了圆柱形平头和圆头钨弹冲击带不同厚度钢盖板CompB装药的起爆过程,分析了起爆临界速度随盖板厚度的变化规律,讨论了发生XDT现象的原因和机理。结果表明,直接冲击起爆计算结果能够较好地符合Jacobs判据,圆头与平头钨射弹冲击带盖板CompB装药临界起爆速度满足关系式Vround≈1.15Vflat,XDT现象的发生是因为炸药被破坏及反射冲击共同作用所致,且XDT现象产生位置均在邻近底板的炸药界面处。最后,针对长方体型平头射弹,讨论了射弹密度、硬度变化对临界起爆速度的影响。并初步计算了某炸药部件的安全跌落高度。
陶为俊, 浣石, 黄风雷, 蒋国平[6]2011年在《侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响》文中研究指明以压装TNT为例,开展二维拉氏实验,利用二维锰铜-康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径向位置的压力时程曲线和径向位移曲线。同时利用二维拉格朗日分析计算程序RFLA对压装TNT的冲击波起爆过程进行了计算,分别得到了在2个不同径向位置上各个Lagrange位置上的质点速度、相对比容、比内能等时程曲线。研究结果展现了侧向稀疏波对非均质炸药冲击起爆过程中各个流场物理量的影响。
张世泽[7]2006年在《凹球形传爆药装药结构起爆过程数值模拟》文中提出钝感主装药的出现,对引信爆炸序列中的传爆药柱提出了更新的要求,即传爆药柱必须要有足够的输出用于可靠起爆钝感主装药。传统的圆柱形传爆药柱很难适应钝感主装药的可靠引爆要求。针对该问题,本论文通过理论分析、数值模拟和科学实验相结合,研究了凹球形传爆药柱的设计理论和起爆过程,达到了提高输出的目的,为钝感弹药的发展提供了有力的技术支持。1.综合运用炸药冲击起爆理论、有效装药理论、聚能效应理论、波形控制理论及拐角效应等理论,对外圆凹球形、外锥凹球形起爆特点进行了详细的理论分析。2.通过VISUAL BASIC编程调用LS-DYNA有限元分析软件,自动对凹球形、凹锥形传爆药柱的起爆过程进行了数值模拟分析,并得到以下结果:外锥凹球形中心汇聚压力大于外圆凹球形,并对多种尺寸的外锥凹球形传爆药柱进行了数值模拟;在体积与下底半径不变的情况下,改变凹球半径,得到凹球半径与中心最大压力、钢块侵彻深度的关系曲线图。首次用LS-DYNA模拟了凹锥形传爆药的起爆过程,并与凹球形传爆药结构进行了对比,凹锥形中心汇聚压力大于凹球形。3.通过编制的后处理软件得到了各种传爆药的压力时间曲线及其函数关系,并用辛普森积分法对函数进行运算,得出了各个传爆药的冲击起爆能量。结论是凹锥形传爆药冲击起爆能量大于外锥凹球形大于外圆凹球形。4.综合利用两种方法对凹球形传爆药柱的起爆威力进行了实验研究。实验结果表明:凹球形传爆药柱起爆威力较圆柱形提高约55%。外锥凹球形起爆威力大于外圆凹球形;实验结果与理论分析、数值模拟结果相一致。
谭江明[8]2007年在《钝感炸药的化学反应速率和超压爆轰理论研究》文中研究说明本文主要介绍了钝感炸药的冲击起爆过程化学反应速率以及超压爆轰产物状态本构关系。首先研究了钝感炸药冲击起爆的机理,对国内外描述钝感炸药起爆过程中各种化学反应率的唯象模型进行了概括。并以一种典型的钝感炸药PBX-9502为例,利用稳态爆轰波的定常条件,结合爆轰反应区中的实验质速史,提出了一种对定常爆轰反应区流场进行拉格朗日分析的方法,并依据该方法的结果确定出一种高压反应速率方程的形式。再将之与Kim提出的球壳元胞的热点反应速率组合,得到PBX-9502炸药高、低压两项总的反应速率模型。并将之加入到特征线方程,通过观察炸药内不同Lagrange位置的压力和粒子速度剖面结果表明,较好地得到了炸药的爆轰距离和爆轰时间;起爆后的波形增长图也符合实验和理论结果。本文还研究了超压爆轰产物状态方程。由于超压爆轰状态下标准的JWL产物状态方程的Hugoniot冲击压力和声速与实验数据存在较大差别,所以标准的JWL产物状态方程对CJ点以上的超压爆轰并不适应。本论文在P.K.Tang在研究炸药超压爆轰产物状态时对JWL方程进行改进的基础上,利用中国工程物理研究院化工所提供的部分超压爆轰实验值和读取P.K.Tang的PBX-9502超压爆轰实验图像素点,采用全局优化的遗传算法对超压爆轰Hugoniot冲击压力和声速同时进行拟合得到叁种超压爆轰状态下的改进的JWL状态方程。并将叁组超压修正JWL状态方程嵌入DYNA-2D程序,通过对超压卸载实验的模拟,采用超压修正JWL状态方程可以很好模拟炸药在超压状态下较短的稀疏波追赶时间。
赵海军[9]2015年在《破片对典型包装结构下装药的冲击起爆数值模拟研究》文中指出高能装药是武器系统不可缺少的重要组成部分,也是整个武器系统毁伤威力的重要体现。针对典型包装结构下的装药,战时运输途中,来袭导弹爆炸后产生的高速破片对其进行冲击起爆是其主要毁伤方式。这就要求装药的包装结构不仅要起到盛装和简单保护装药的作用,还应具有一定的抗破片冲击能力。由于其特殊的军事意义及背景,所以关于破片对带有包装结构装药冲击起爆方面的相关文献国内外都鲜有公开报道。本文基于目前装药的典型包装结构,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,在前人研究基础上,采用叁项式点火增长模型,结合相关材料动态试验,建立了破片冲击起爆带间隙盖板装药,即破片冲击起爆“双层盖板+间隙+装药”的数值计算模型。通过对该模型破片参数及包装结构的冲击起爆数值计算与分析,获得了破片参数及不同的盖板材料、厚度、结构及盖板与装药之间的间隙对冲击起爆性能的影响规律,从而为装药抗破片冲击起爆包装结构的设计与毁伤评估提供相应的分析手段和技术支持。首先对装药的典型包装结构进行了等效与简化分析,在此基础之上,采用动力有限元程序开展了破片冲击起爆盖板炸药响应分析的叁维数值建模方法研究。相对于目前研究较多的破片冲击起爆“单层均质盖板+装药”数值计算模型,依据所研究对象的真实结构建立了破片冲击起爆“双层盖板+间隙+装药”的叁维有限元数值计算模型,并依据其起爆过程,分别采用破片穿甲和破片冲击起爆裸装药完成了对该模型的有效性验证。在数值模型验证基础上,采用正交试验原理,设计了数值计算条件和工况。针对不同的破片材料、形状、尺寸进行冲击起爆计算,得到了不同工况下的破片起爆速度阈值,采用正交试验分析方法,获得了破片参数对该模型冲击起爆性能影响规律。最后进行了装药抗破片冲击起爆包装结构研究。在对该模型起爆规律及影响因素的研究基础之上,通过改变装药的包装结构,即改变模型中盖板的材料、厚度、结构及盖板与装药之间的间隙,计算得到了装药在不同包装结构下的抗破片冲击起爆能力。这为装药抗破片冲击起爆包装结构的研究、设计提供相应的分析方法和技术手段,该研究具有一定的现实意义和工程应用价值。
张忠[10]2010年在《固体炸药冲击起爆的物质点法研究》文中进行了进一步梳理开展起爆动力学方面的研究对军事科学领域的发展具有非常重要的意义,由于问题的复杂性,其实验和理论的研究进展非常缓慢。随着计算机技术的迅速发展,数值模拟技术逐渐成为解决此类问题的重要手段。对于冲击起爆问题,涉及大变形、化学动力学、多相介质耦合等问题,这给传统的基于网格算法带来了极大地困难。对于拉格朗日型网格,网格畸变导致时间步的急剧减小,大大降低了计算效率,并增加累计误差;对于欧拉型网格,由于对流项的存在,计算也有一定的困难。针对传统网格算法的缺陷,无网格法逐渐发展成为当今计算力学的热点。物质点法就是一种无网格算法,它由质点网格法(Particle-in-Cell, PIC)和流体代码FLIP的基础上发展而来。物质点法集合了拉格朗日法和欧拉法两者的优点,避免了网格畸变和对流误差。物质点法最大的特点是它自动满足无滑移边界条件,在计算碰撞接触问题时,无需设置主从接触面,在求解本文所研究课题时具有较大的优势。建立了冲击动力学的物质点法计算模型,采用集中质量法,给出了控制方程的显式求解格式。物质点法采用固定的背景网格,为方便本质边界条件的处理,采用有限元形函数进行位移函数近似;为保证大变形分析时材料标架的客观性,采用焦曼应力率进行应力的更新;在处理冲击波波阵面的强间断性时,引入了人工粘性;为满足显式时间积分算法的条件稳定性,对时间步控制和声速计算等进行了讨论。采用不同的强度模型对冲击碰撞问题进行了研究,结果表明在高速撞击条件下,强度模型对压力的计算结果影响不大。分别采用物质点法、有限元法、光滑粒子流体动力学方法对高速冲击问题进行了数值模拟,从计算效率来看,采用物质点法来求解本文所研究的问题是相对较优的。对超高速碰撞下碎片云的形状进行了数值模拟,计算得到的碎片云形状与实验结果基本一致。进一步发展了物质点法,提出了多物质物质点计算格式并将其成功应用到固体炸药冲击起爆问题。在本文的计算中,未反应炸药和爆轰产物的状态方程均采用JWL状态方程,炸药的反应速率方程采用点火增长方程。通过物质点内两相介质的热力学平衡假设等给出了合理的两相混合准则,并在此基础上提出了多物质物质点法计算格式。由于爆轰过程燃烧速率过快,采用传统时间步控制方法求解时,计算精度较低,本文提出了通过控制燃烧质量分数增量修正时间步的方法来提高计算精度。对冲击起爆问题进行了数值模拟,通过升降法得到了破片冲击下固体炸药起爆的临界速度,并与实验结果吻合较好。与传统算法进行了比较,物质点法计算的结果与实验结果相比更为接近,并且物质点算法简单,计算方便,物质点法在冲击起爆领域中具有较大的发展潜力和应用前景。采用冲击波理论推导了在破片冲击下炸药内部冲击波的强度和宽度,对冲击起爆的工程计算方法进行了研究,并用数值模拟结果验证了工程计算方法的有效性,此工程计算方法可与数值模拟方法互为补充。目前物质点法还处于研究阶段,没有可用的商业软件,本文开发了相应的计算程序,为计算冲击动力学和冲击起爆问题提供了一个全新的数值模拟平台。该程序包括前处理(可划分背景网格和物质点)和主体计算模块,并编制了相应接口导出数据,可采用Tecplot或Origin等科学绘图软件进行后处理分析。
参考文献：
[1]. 非均质凝聚炸药二维冲击起爆实验与Lagrange分析研究[D]. 蒋国平. 湖南大学. 2004
[2]. 非均质凝聚态炸药冲击波临界起爆现象研究[D]. 吴艳红. 湖南大学. 2006
[3]. 六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药的速度阈值及影响因素研究[D]. 卢锦钊. 中北大学. 2016
[4]. PBX炸药的反应率动力学本构研究[D]. 赵宏达. 哈尔滨工业大学. 2016
[5]. 高能炸药冲击起爆数值模拟[D]. 崔凯华. 中国工程物理研究院. 2010
[6]. 侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响[J]. 陶为俊, 浣石, 黄风雷, 蒋国平. 爆炸与冲击. 2011
[7]. 凹球形传爆药装药结构起爆过程数值模拟[D]. 张世泽. 中北大学. 2006
[8]. 钝感炸药的化学反应速率和超压爆轰理论研究[D]. 谭江明. 国防科学技术大学. 2007
[9]. 破片对典型包装结构下装药的冲击起爆数值模拟研究[D]. 赵海军. 中国工程物理研究院. 2015
[10]. 固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D]. 张忠. 哈尔滨工程大学. 2010