为了研究微纳米自组装和物理混合铝粉材料的点火与爆炸性能,采用1.2L哈特曼管和20L球爆炸测试系统对材料的点火敏感度、火焰传播特性以及爆炸参数进行了研究。结果表明,与Al-T4纯微米铝粉相比,纳米铝粉可以显著降低铝粉材料的点火能量,自组装工艺相较于物理混合工艺的铝粉材料,其点火敏感性进一步升高; 在火焰传播速度上,少量纳米铝粉的高反应速率可以加速微米铝粉的反应,自组装铝粉由于微纳米铝粉整体的协同作用,容易点火的同时对热量的传递也更为高效; 在20L球爆炸测试系统中,质量分数5%纳米的自组装和物理混合铝粉在500g/m³时达到最大爆炸压力以及爆炸指数,分别为0.72、0.75MPa以及43.21、31.49MPa·m/s,添加质量分数10%纳米自组装和物理混合铝粉则在1000g/m³时达到最大爆炸压力,分别为0.84、0.68MPa,质量分数5%的纳米铝粉爆炸压力和爆炸指数随着粉尘浓度先变大后减小,质量分数10%纳米的铝粉爆炸压力和爆炸指数则随着粉尘浓度的升高而增大,复合铝粉的爆炸威力不仅和活性相关,和铝粉本身的热值也存在一定的关联。

为了探究储氢合金对燃料空气炸药(FAE)毁伤性能的增强效应,采用20L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温技术,研究了不同基体液态燃料和金属添加剂对FAE冲击波和热毁伤性能的影响规律。结果表明,FAE常用的3种液态基体燃料中,环氧丙烷的燃爆性能最佳; 当环氧丙烷中添加氢化钛粉末后,混合燃料的燃爆超压、最大压力上升速率和最大平均温度均随氢化钛粉末含量的增加呈先增大后减小的趋势,并在氢化钛质量分数为35%时达到最大值,分别为1.21MPa、68.73MPa/s和2398K; 相较于钛粉-环氧丙烷混合燃料,氢化钛粉-环氧丙烷混合燃料的燃爆火焰更加连续,相同质量浓度下其燃爆性能更加优异。表明氢化钛作为一种潜在的高能添加剂,可有效应用于燃料空气炸药,以提高其燃爆特性参数,增强FAE的冲击波和热毁伤性能。

内凹蜂窝结构因其独特的变形模式、出色的抗冲击和能量吸收特性以及轻质特点,在汽车工业、航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。基于传统内凹六边形蜂窝结构,引入圆角设计并通过改变圆角的排布方式,提出一种基于圆角增强的变形可控内凹蜂窝结构,采用金属3D打印技术制备变形模式为Z型和Y型的变形可控蜂窝结构。为探究其抗冲击性能,开展准静态压缩和落锤冲击实验以及有限元数值模拟,分析结构的变形模式和吸能特性。研究结果表明:新提出的新型蜂窝结构实现了变形模式的可控,通过定制的Z型和Y型变形模式,显著提高了结构的吸能性能,具有良好的压溃稳定性;在同种结构下,吸能性能随着圆角半径的增大逐渐提高;随着速度的增加,结构变形模式逐渐向I型压溃演变,结构的平台力大致呈现出递增的趋势,吸能效率逐渐降低;Z型结构因其圆角的非对称排布,在多数情况下其抗冲击性能优于Y型结构。研究结果可为动态冲击作用下新型结构的耐撞性设计提供参考。

为了探究爆炸冲击作用对电子雷管发火能量的影响,利用水下爆炸的方法对液态铝电解电容进行7组不同强度的冲击实验,研究电容在冲击载荷下的介电击穿行为和漏电流变化规律。分析电子雷管电容的能量损耗途径,建立电子雷管的冲击-发火模型,得到冲击波超压与电子雷管发火能量之间的函数关系。研究结果表明:在8.5~40.6MPa的冲击波超压作用下,实验电容样品会发生介电击穿,随着冲击波超压的增大,电容发生介电击穿时电压下降幅度呈指数级增长;当冲击波超压超过某一临界值时,电容发生介电击穿后无法完全自愈,漏电流增大到毫安级,均值为1.62mA;随着冲击波强度的增大,电子雷管发火能量逐渐减小,并在漏电流增大时发火能量出现骤降。

金属卤化物钙钛矿具有优异的光电性能和极具潜力的应用价值,成为目前研究热点之一,钙钛矿材料的元素组成及晶体结构对其性能有重要影响。为实现新型钙钛矿制备,开展冲击加载制备铯铅氯(CsPbCl₃)钙钛矿研究。采用爆轰驱动飞片的冲击加载方式,在0.6~0.8的致密度、14.2~27.9GPa的冲击压力条件下实现了CsPbCl₃钙钛矿粉末的冲击合成。X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等多种分析表征结果表明回收产物为CsPbCl₃钙钛矿粉末。实验结果表明,冲击压力与前体粉末致密度是合成CsPbCl₃钙钛矿粉末的2个关键因素。结合实验条件与分析表征结果,对CsPbCl₃的合成进行了机理分析,发现当冲击压力在14~17GPa范围内时,可以合成高纯度的CsPbCl₃粉体,没有非化学计量比产物形成,表明冲击合成法是一种制备难合成钙钛矿的可行方法。

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性,以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景,设计了装药长径比为5:1的缩比烤燃弹; 开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验; 获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程,以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明,慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段; 烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度,进而影响烤燃弹内部反应压力增长,最终导致不同的反应等级; 当螺纹长度(L)为14mm时,壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧; 当壳体壁厚(δ)为10mm时,螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸; 当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δ_e)相当时,烤燃弹约束强度较为均匀,有利于反应压力的不断增长,最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。

为深入理解含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火、爆轰过程和爆轰产物状态等,利用自洽电荷紧束缚密度泛函理论(SCC-DFTB)结合多尺度冲击模拟技术(MSST)研究了4种晶型(α、β、γ、和ε)CL-20在冲击波加载下的分解反应过程; 考虑到α-CL-20通常以含水加合物的形式存在,同时也计算了水分子对α-CL-20冲击分解过程的影响。结果表明,在同一冲击波速下,4种晶型(α-、β-、γ-、和ε-)CL-20中,γ-CL-20密度最小,具有最大的压缩比。当冲击波速为8km/s时,γ-CL-20完全分解,而其余3种晶型CL-20直到冲击波速达到9km/s时才完全分解,但4种晶型CL-20分解反应平衡后小分子产物组分和含量是一致的。此外,水分子的加入则会显著提高CL-20分子的活性,加速固相α-CL-20的裂解,增加固相α-CL-20的冲击感度。冲击加载下固相CL-20的初始分解路径受晶型影响较小,主要受冲击波速影响,当冲击波速低于8km/s时,分解反应主要源于N—NO₂键的断裂; 当冲击波速超过9km/s时,CL-20分子中N—NO₂键受到高压抑制,C—H键中H可能优先与相邻的NO₂基形成五元环,进一步生成NO和OH。

为了研究生物质燃料的爆炸性,采用TG-DTG热重分析法,分析了几种常见生物质燃料(秸秆、木屑、花生壳)及其混合物的燃烧性能以及动力学参数; 采用扫描电子显微镜(SEM)对几种生物质燃料的微观形貌进行了观察和分析; 利用元素分析仪对该木粉+花生壳粉混合燃料进行了元素分析,基于元素组成计算了其氧化反应所需氧元素的量,然后开展了爆炸试验。结果表明,木粉+花生壳粉(质量比1:1)混合燃料的稳燃特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较高,燃烧性能较好,且活化能适中,表面呈现多孔状且粗糙度较高,自由面较多,比表面积大,更易于燃烧。在直径40mm、长200mm、壁厚1.5mm的钢管内,装40g该混合燃料,充5MPa氧气,能够被一发8号电子雷管成功起爆,基本不产生有毒气体,钢管被炸成不同尺寸的碎片,大部分碎片尺寸在50mm以内。说明生物质燃料在一定的条件下具有爆炸性。

为研究不同装药结构HMX基含铝炸药在密闭空间内的爆炸特性,开展了复合装药结构和均一装药结构样品在密闭空间爆炸的实验研究,建立了具有测温和测压功能的密闭爆炸实验装置,获得了复合装药结构样品密闭空间爆炸压力和温度数据,并与相同化学组成的均一装药结构进行了对比。结果表明,具有复合装药结构样品密闭空间爆炸冲击波峰值压力和准静态压力比相同化学组成的均一装药结构分别提高了12.7%和8.0%,通过外层高爆速炸药、内层高铝氧比炸药的内外层复合装药结构能够提高装药密闭空间的爆炸能量输出; 与均一装药结构密闭空间爆炸峰值温度745℃相比,复合装药结构峰值温度下降124℃,为621℃,但具有内外层复合装药结构样品在密闭空间中能够维持长时间600℃左右的高温环境。

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律; 建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压; 海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%; 随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%; 随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%; 不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似; 高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。

为了提高水中兵器爆炸毁伤能力评估的准确性,解决现有技术方法无法准确反映近场爆炸能量的问题,开展基于聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)的爆炸能量近场测试技术研究; 利用PVDF薄膜优异的压电性能设计近场压力传感器,并开展水下爆炸试验验证了冲击波压力采集系统的可行性。结果表明,所设计的传感器具有优良的绝缘防护和隔热效果,实现了亚吉帕级压力测量,适用于装药水下爆炸能量的近场测量; 压力测量系统能在3.4倍装药半径位置处采集到峰值达500MPa的完整压力时程曲线,测量结果与Josef Henrych经验公式计算结果的最大偏差为7.3%,最小偏差为0.3%; 基于试验测量的近场压力时程曲线,得到TNT炸药在3.4倍装药半径处的平均比冲击波能为0.991MJ/kg,验证了设计的PVDF压电薄膜传感器适用于精确测量装药的近场水下爆炸能量。研究成果可为装药水下爆炸能量精确测量提供重要方法。

为探究Al/PTFE活性材料与高能炸药组合装药的爆炸释能特性,制备了3种包含不同组分和质量的Al/PTFE活性材料的组合装药样品,并进行了爆炸试验,测量了不同距离处的自由场入射冲击波超压,拍摄了活性材料抛撒、反应、火球扩展等过程的图像,通过与裸装药静爆试验进行对比,分析了活性材料的反应特性及对冲击波超压参量的增益机理。结果表明,活性材料抛撒过程中经历了自身反应、与爆轰产物的无氧反应以及铝粉等与空气的有氧反应,相比于裸装药,二次反应增大了爆炸火球半径并大幅延长了火光持续时间,在中远场范围内有效增强了冲击波,2.5m测点处冲击波超压和比冲量最大分别达到了裸装药的1.8倍和1.5倍,且铝粉浓度越高,增益比例相对越强,但随着传播距离增大,铝粉稀释,差异逐渐缩小; 通过选用合适组分比例和质量的Al/PTFE活性材料,有益于弥补近场材料破碎和抛撒造成的冲击波能量损失,同时后燃反应为中远场提供能量补充,有望实现爆炸释能整体增益。

为改善薄壁圆管的抗冲击与吸能性能,设计一种多孔阵列薄壁碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Composites,CFRP)管,研究其分别在轴向和横向冲击载荷下的抗冲击与吸能性能。基于有限元法建立CFRP多孔阵列薄壁管在冲击载荷作用下的有限元模型,并分析不同铺层角度对此结构的抗冲击与吸能性能的影响。数值分析结果表明:相比普通薄壁CFRP圆管和方管,在轴向和横向冲击载荷作用下,CFRP多孔阵列薄壁圆管有更高的比吸能和峰值载荷,而过高的峰值载荷对被保护的结构不利,但可通过改变CFRP的铺层角度而改变冲击峰值载荷和比吸能值;在轴向冲击载荷下,多孔阵列薄壁圆管铺层角度由[90°/45°/90°/0°]_2S变为[90°/0°/90°/0°]_2S时,有效压缩位移内的最大压缩载荷降低约10.1%,比吸能值提高约15.1%。研究结果将对CFRP薄壁管的轻量化和抗冲击性能提升的工程应用具有一定的指导意义。

相变和改性后的钙钛矿材料光电性能会发生巨大改变,对新一代光伏元件的研发有重要意义。然而,亚稳相钙钛矿的截留和制备技术尚不完善。冲击加载手段具有高淬火速率的优点,可以截留亚稳相,有利于亚稳相的回收和制备。为实现对铯铅溴钙钛矿(CsPbBr₃)的冲击相变处理,利用水介质中柱面铜丝阵脉冲放电,产生柱面汇聚冲击波,开展冲击相变研究。通过调节脉冲放电的充电电压,实现冲击压力的调控,对CsPbBr₃粉体进行不同压力的冲击处理,并回收样品。对回收样品进行的多种分析表征结果表明:在适当的冲击压力下(高于2GPa),脉冲放电冲击波能引起CsPbBr₃粉体的相变,并实现回收;另外,亦可在回收样品中发现,晶粒细化、晶格畸变、纳米缺陷等冲击波处理后的典型现象;表明了水介质中柱面丝阵脉冲放电技术是一种可控的汇聚冲击波加载技术,提供了一种冲击相变加载的新方法。

以典型建筑目标构件爆炸防护为背景,研究了不同强度超高性能纤维混凝土(UHPFRC)梁爆炸载荷作用下的毁伤效应。开展UHPFRC梁爆炸毁伤实验,获得纤维含量和纵筋类型对UHPFRC梁破坏模式和动态响应的影响规律,实验结果表明,增加纤维含量和使用高强钢筋可提高UHPFRC梁的抗弯能力;为进一步拓展毁伤效应研究,构建了爆炸载荷作用下UHPFRC梁有限元模型,采用单元方法从三个强度面、状态方程、剪胀、损伤演化和应变率效应等方面改进了K&C本构模型参数,通过准静态实验表明,改进的本构模型参数可以更准确描述UHPFRC的力学性质,并基于爆炸实验数据验证了有限元模型的正确性;最后,通过参数分析研究了混凝土强度、钢筋类型和炸药药量对UHPFRC梁爆炸毁伤效应的影响规律。

为研究屏蔽装药的冲击引爆特性,从理论上建立了带屏蔽板殉爆现象的量纲分析方法。采用ANSYS/LS-DYNA 有限元软件对屏蔽装药的冲击引爆过程进行数值模拟,重点分析了屏蔽板厚度、主发装药的质量、主发装药的长径比和爆距对屏蔽装药冲击引爆的影响。利用(非)线性最小二乘法,拟合得到屏蔽板厚度与殉爆距离的函数关系以及主发装药的质量与殉爆距离的函数关系。结果表明:量纲分析结果和拟合关系式吻合良好,充分论证了拟合公式的有效性和准确性。非接触爆炸时,随着屏蔽板厚度的逐渐增大,殉爆距离呈指数衰减,屏蔽板厚度在3 mm以内时,增大屏蔽板厚度对殉爆距离影响较大; 大于3 mm时,进一步增大屏蔽板厚度对提高炸药抗冲击引爆毁伤能力影响显著变小。非接触爆炸时,在主发装药长径比保持不变的情况下,殉爆距离与主发装药的半径呈线形关系,与主发装药的质量呈立方根关系; 在主发装药质量保持不变的情况下,当主发装药和被发装药的直径相等时,殉爆距离最大。

基于水下爆炸理论,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立了CL-20基含铝炸药水下爆炸模型,分析了冲击波载荷和气泡动力学特性; 在此基础上探究了双发CL-20基含铝装药水下爆炸冲击波时空分布规律及气泡融合特性,讨论了不完整刚性边界附近双发CL-20基含铝装药水下爆炸气泡动力学特性,得到了装药种类、破口尺寸和爆距3种关键因素对双发装药水下爆炸气泡载荷特性的影响。结果表明,与TNT装药相比,CL-20基含铝装药水下爆炸气泡半径和脉动周期更大,气泡最大半径增大了27%,脉动周期提高了65%,但气泡脉动压力小于TNT。双发CL-20基含铝装药在水平和垂直位置具有特征尖锐波峰-波谷载荷曲线和特征双峰曲线,冲击波峰值压力大于单发装药,最大增长率可达48.26%。不完整刚性边界破口尺寸、爆距增大会增加双发装药气泡射流宽度和持续时间,CL-20会加剧不完整边界对气泡动力学的影响。

针对水下爆炸过程中产生的空化效应会对舰船板结构产生二次加载作用,对结构的毁伤不可忽略,并且空化特性与爆炸的方位角和板的曲率等情况显著相关。采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同爆炸方位角和不同板曲率对空化特性以及板的动态响应的影响; 通过对比不同爆距下的气泡和空化演化过程,验证了数值方法的准确性。结果表明,爆炸方位角在0°～90°之间时,空化区域的体积随方位角的增大先减小后增大,气泡和射流的方向受板的影响向板偏移; 气泡脉动水射流和空化的耦合作用对板的动态响应占主导作用,方位角等于60°时可达总应变的73.15%; 爆炸方位角会影响板的动态响应,临界方位角在45°附近,此时板的位移和等效塑性应变最大; 板的曲率会显著影响空化现象,曲率越大空化现象越难发生,空化区域体积越小,板的动态响应随曲率的增大而减小,且减小率也随之减小。

在信息化战争中,爆炸物破片毁伤效应评估对实现精准打击具有重要意义,然而在毁伤实验中毁伤区域的分布和几何信息主要由人工统计,获取效率低下、精度不可控。为此,提出基于孪生网络和区域注意力机制的轻量化图像分割模型,实现小样本下对小目标球形爆炸破片毁伤区域的高效、精准识别功能。通过引入孪生结构、区域注意力模块和多尺度卷积模块提高模型对爆炸破孔的感知能力;加入多约束条件的损失函数,并筛选最佳优化器,使模型优化时更加聚焦有效信息,加速模型收敛;提出连通域融合分水岭算法的毁伤区域量化检测方法,实现爆炸破孔重叠情况下的精确识别。实验结果表明,相比目前主流模型,所提方法实现了更高的效率和精度,对毁伤区域面积和直径预测结平均误差分别为4.78%和3.79%;研究工作为实现含破片爆炸物毁伤智能化评估提供了参考。

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂; 固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314; 应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变; 空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。

为了研究近海底水下爆炸气-液-固多相耦合作用下的气泡脉动及水射流特性,采用欧拉方法建立不同底质/水深条件下近海底水下爆炸数值模型,对泥底条件下的近海底爆炸全物理过程进行了仿真,并与实验结果进行了对比,结果吻合良好,验证了算法在求解近海底水下爆炸气泡问题的有效性; 在此基础上,探讨了海底底质及水深对近海底水下爆炸气泡形态、半径、周期及水射流的影响。结果表明,在气泡能够分裂的计算结果当中,海底底质越硬,气泡分裂越快,水深越深,气泡分裂越慢; 气泡形态也受底质和水深影响,海底底质越硬,水深越深,气泡在收缩阶段形态将由圆棋子状转变为尖棋子状,气泡最大半径和周期越小,分裂瞬间上方气泡在总气泡体积中占比越大,因分裂产生的两股水射流速度峰值越小; 下方水射流演化过程中会形成反向水射流,底质越硬,反向水射流速度峰值越大,在所有计算工况中,深度参数(H_ref)在250～750范围内,反向水射流速度峰值与H_ref正相关,H_ref在750～1000范围内,两者负相关。

为研究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的燃烧转爆轰(DDT)过程,采用DNTF和B炸药进行对比,开展了4种点火条件下的DDT实验,测量了反应波阵面在DDT管中的传播过程,分析了点火药量对DNTF爆轰转变距离和爆轰转变时间的影响。结果表明,DNTF在点火药量为2.0、1.0、0.5g和0.25g条件下均能被点燃,并最终转变为稳定爆轰; 随着点火药量从2.0g降低到0.25g,DNTF均能实现燃烧转爆轰,且爆轰转变距离无显著变化,均在120～150mm范围内,但引燃时间大幅度延长; 而B炸药仅能在2.0g点火药量下被点燃,且未能增长为稳定爆轰,表明对于DNTF单质炸药,点火强度的变化可对其DDT过程中的低速热传导燃烧阶段产生显著影响。

为了将增材制造技术应用到炸药成型制备中,解决常规手段难以实现的战斗部装药多样化、异形化发展问题,选用3D直写工艺和自动点胶机,完成HMX和HMX/Al药柱的打印成型; 使用流变仪测试了不同固含量对打印浆料流变性能的影响,并优化打印参数; 对打印出的药柱进行了热分解性能、微观形貌及爆轰性能测试。结果表明,固含量80%～87.5%的浆料均具有剪切变稀效果,符合假塑性流体的特征,满足打印需求; 使用黏合剂GAP/N100配置成浆料以及铝粉的加入使HMX的热分解峰温从288.2℃分别提前到244.4℃和235.5℃; HMX浆料溶剂质量保持在5～6g、打印压力8～13psi,HMX/Al浆料溶剂质量保持在2～3g、打印压力10～16psi,打印速率设置为10mm/s时成型效果较好; 3D打印成型的药柱无明显的裂纹和孔隙,HMX药柱平均密度为1.67g/cm³,爆速均值达7662.9m/s; HMX/Al药柱的平均密度为1.72g/cm³,爆热均值达到7359.41kJ/kg。

为了提高通用爆破炸药的能量和安全性能,选择不敏感炸药TKX-50与高能炸药CL-20复配作为主体炸药,通过理论计算TKX-50、CL-20以及Al含量对炸药爆轰性能的影响规律,确定了混合炸药配方中各组分配比; 在此基础上通过主体炸药重结晶处理、粒度级配以及复合钝感黏结剂载体设计,制备了组成结构为33%TKX-50/30%CL-20/27%Al/4%AP/6%黏结剂的压装型TKX-50基通用爆破炸药; 按照GJB772A等相关标准试验方法测试了其机械感度、能量、不敏感性能。结果表明,经过重结晶处理,TKX-50与CL-20的机械感度明显降低,TCL-5炸药装药密度达到1.95g/cm³、爆速7895m/s、爆热8567kJ/kg,可以通过快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击和破片撞击4项不敏感试验考核,具有较高的能量和较好的不敏感性能,综合性能优良,是一种高能不敏感炸药。

为了研究复合材料层合结构的水下抗冲击特性,基于水下爆炸冲击波等效加载装置,结合三维数字图像相关方法,开展了碳纤维增强复合材料层合板动态响应以及失效特征的试验研究; 讨论了水下冲击波载荷下复合材料层合板计及流固耦合效应的动态响应过程; 分析了水下冲击波载荷水压峰值、衰减时间以及板厚度变化对复合材料层合板失效特征产生的影响。结果表明,水下冲击波载荷作用下层合板的动态响应过程因涉及板的面内弯剪波传播与流体空化二次加载的相互作用,响应阶段可划分为面内波传播、边界控制响应、二次加载3个阶段; 当层合板发生破坏,层合板边界处纤维剪切破坏及靠近边界范围的纤维拉伸破坏均出现在响应第一阶段,响应第二阶段中破坏现象不明显,响应第三阶段则受板厚和载荷的影响可能在板中心因弯折出现纤维断裂; 当层合板受较小冲量水下冲击波加载时,外表面不会出现明显失效,但响应过程中结构内部的纤维及基体破坏引起了气背面的残余变形,也降低了结构剩余强度影响承载能力。

为研究三过氧化三丙酮(TATP)在空中的爆炸冲击波传播规律,使用拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对自制TATP进行了结构检测; 而后利用冲击波测试系统测试了TATP在空中的爆炸冲击波参数,分析了峰值超压、正压作用时间、比冲量及冲击波速度随比例距离的变化规律; 拟合了TATP的峰值超压、正压作用时间、冲量经验公式,计算了TATP的TNT当量。结果表明,TATP的峰值超压、比冲量随比例距离不断降低,衰减幅度也随比例距离减小,二者实测值平均为TNT的0.87倍与0.73倍,使用超压换算TATP的TNT当量为75.39%; 正压作用时间受装药质量与装药距离的双重影响,装药质量与距离越大,正压作用时间越长; TATP与TNT正压作用时间随比例距离的平均上升速率分别为0.066和0.100,在近场TATP正压作用时间大于TNT,而当比例距离大于3.646m/kg^1/3时,其正压作用时间逐渐小于TNT。表明TATP空中爆炸冲击波参数满足爆炸相似律,拟合所得经验公式适用于TATP爆炸威力评估及理论计算。

为研究包覆式活性破片撞击双层铝靶的毁伤效应和机理,利用14.5mm弹道枪,开展了同质量、同尺寸的惰性钢破片、钢包覆金属/聚合物型活性破片以不同着靶速度侵彻3mm+3mm双层间隔铝靶的实验,分析了活性破片冲击双层间隔铝靶的点火及毁伤机理。结果表明,当破片着速为491～1391m/s时,两型破片对前靶的穿孔形态和机理相同,为圆孔及冲塞型穿孔,孔直径以及孔直径随着速变化规律也基本相同; 当破片着速大于947m/s时,活性破片对后靶的穿孔开始显著大于前靶,主要是因为两靶间诱发了剧烈化学反应,且破片着速越高,反应越剧烈,后靶的毁伤增强效应越显著,当破片着速为947～1391m/s时,后靶穿孔面积平均为4.1倍破片截面积,最大为7.2倍; 该弹靶条件下活性破片冲击点火阈值速度约为947m/s。

人员是战争中的关键因素。为评估爆炸毁伤元素对人员的杀伤效能,借助数值模拟、实验及理论计算工具,结合人员杀伤判据开展冲击波、热效应及弹片3种毁伤元对人员的杀伤效能评估。划分冲击波超压对人员的杀伤区域,建立比例爆距与人员杀伤等级间的关系,得出最小的人员杀伤安全比例爆距Z为8.155m/kg^1/3;计算爆炸热效应空间分布,提出自由场非云爆或温压弹不适于单独评估热效应对人员的杀伤效应;数值模拟计算破片生成过程,得出破片质量、数量及速度等并与理论计算结果对照,评估弹片比动能对人员的杀伤效应。所得结论可为战斗部设计及战场人员防护提供参考。

针对爆炸荷载下预应力T型梁结构毁伤效应问题,采用非线性有限元软件建立了1:3复杂预应力T型梁钢混结构有限元模型,设计了钢筋梁单元与实体混凝土单元之间的网格尺寸匹配与协调性,预应力钢绞线、梁肋钢筋、翼缘板钢筋、横隔梁钢筋之间的耦合性,并采用降温预应力筋收缩法,灵活控制了预应力与T梁单元之间量值传递的准确加载,并对有限元仿真结果与试验结果进行比较,结果表明:数值仿真与试验毁伤情况基本吻合;相同位置处冲击波超压仿真值与试验测试值相对误差不超过20%,验证了数值仿真模型的有效性。可为后续钢混框架结构易损性分析和抗爆性能设计提供仿真方法和数据支撑。

冲击损伤问题广泛存在于各类武器装备中并严重影响装备使用及寿命,目前针对冲击损伤的虚拟试验研究尚没有普遍适用的基础模型。围绕冲击损伤虚拟试验基础模型构建问题,对光滑流体动力学基本原理及其数值仿真方法在冲击损伤虚拟试验中的应用展开深入论述。构建改进的光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)数值计算模型,对物理模型的粒子化处理、材料边界处理等问题进行详细论述。对典型的刚性颗粒冲击铜靶板问题进行仿真计算,验证仿真可靠性和计算准确性,并对刚性颗粒不同棱角接触靶板的损伤情况进行对比分析,以充分说明SPH方法在冲击损伤虚拟试验中的适用性。

作为海上战争的主要平台,舰船目标时刻面临多样化威胁,其中水下爆炸无疑是最具破坏力的一种。为深入了解水下爆炸作用下舰船结构毁伤和动响应特征,建立阿利伯克级驱逐舰简化模型,利用非线性有限元软件开展全舰结构水下爆炸数值仿真计算,分析不同爆炸距离下舰船毁伤破坏过程以及重点位置过载加速度特性。研究结果表明,近场水下爆炸作用下舰船破坏形式以局部大破口为主,远场水下爆炸对舰船的破坏以整体的鞭状运动为主。

分析发爆体系的空气冲击波、破片、热辐射等燃爆效应及传播规律,以及受爆体系中人员、设备设施及其他燃烧爆炸品(以下简称燃爆品)能够承受的容许程度,介绍由密闭抗爆结构、人员掩体、防护屏障、安全距离等构成的燃爆品生产制造典型工程防护措施。结合工程实践经验,从节约土地资源、进一步平衡工程防护的有效性及经济合理性出发,提出需要持续深入研究完善不同场景燃烧爆炸效应量化评估方法、事故造成毁伤程度的量化评估方法及风险可接受准则、工程防护措施有效性量化评估及优化方法等三方面问题。

针对爆炸作用下钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)桥墩的毁伤效应预测问题,基于数值模拟方法详细讨论炸药当量、爆炸距离、爆炸高度、桥墩直径、纵筋配筋率、箍筋配筋率和轴压比等参数对RC桥墩损伤破坏形态以及残余承载力的影响,获得爆炸荷载作用下典型陆地足尺RC桥墩的毁伤破坏规律以及残余承载性能,随着爆炸高度的增大,地面反射作用减弱使得桥墩残余承载力增加,并且适当增大桥墩轴压比可提升桥墩的残余承载力。采用分项系数法,以爆炸后RC桥墩的残余承载能力为指标,提出同时考虑宽域范围爆炸参数和RC桥墩构件参数以及初始受压状态影响的圆形RC桥墩毁伤效应计算公式,可对典型桥墩爆炸毁伤进行快速预测。

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同长径比的柱形装药在固支方板下爆炸气泡动力学行为; 对质量2.5g、长径比分别为1:1和2:1的TNT炸药进行了水中固支方板下的爆炸实验,利用高速摄影记录爆炸气泡演化图像; 使用ABAQUS软件对长径比为5:1、10:1、20:1的柱形装药,在竖直与水平设置条件下的水下爆炸气泡演化过程进行了数值模拟。结果表明,炸药长径比为1:1和2:1时,爆炸气泡演化现象无明显差别。当药柱竖直放置时,由于炸药长径比不同导致的爆炸气泡初始形态差异,会在气泡演化过程中迅速消弭; 但长径比与起爆位置都对射流速度有不同程度的影响; 当药柱水平放置时,起爆点位置会影响气泡的对称性和水射流形态; 药柱端部起爆时,气泡膨胀过程的形态略微不对称,水射流向起爆点方向偏移; 炸药长径比越大爆炸水射流在气泡内部越宽,并且水射流的载荷越小; 药柱中心起爆时,爆炸气泡产生竖直向上的水射流,不发生偏移。

为探究多弹目交汇条件下多爆炸成形弹丸（Multiple Explosively Formed Projectiles，MEFP）协同冲击柱壳装药响应特性，在冲击起爆试验基础上，采用理论计算和数值仿真相结合的方式，开展不同密集度MEFP群束协同冲击柱壳装药的响应特性分析研究。实验结果表明：MEFP群束密集度λ及柱壳壁厚h均会对响应特性产生影响；当λ相同时起爆用时t随h增大而同步增加，3种壁厚起爆用时分别增大2.00、2.50、1.88倍，当λ为8和5.33时，起爆用时t随h呈线性增长规律；当h相同时起爆用时t随λ减小同步增加，4种密集度MEFP群束起爆用时分别增大2.66、3.60、3.25、2.50倍，且当柱壳壁厚h为13 mm时起爆用时t随λ同样呈线性变化规律。MEFP群束对柱壳装药的协同增强作用在h为13 mm时发生分化，当λ为16和8时，MEFP群束对目标的冲击起爆用时均早于任意单EFP作用，最多分别提前约41.22%、8.61%，协同增强作用明显；当λ为4时，MEFP群束对柱壳装药起爆能力逐渐与单EFP趋同，协同增强作用减弱。

为满足企业对于燃烧爆炸品生产设备（下文简称涉火设备）开展安全风险分级管控的迫切需求，基于风险评价理论建立了针对行业特点的涉火设备风险概率和风险后果评价体系。针对含能物料、生产工艺、设备、安全补偿措施和事故后果等综合影响因素，研究其修正与量化方法，建立涉火设备机械危险性系数、控制系统危险系数和燃烧爆炸冲击波条件下的风险后果评价指标分析流程和计算方法，同时引入生产工序危险修正系数、人员伤亡修正系数和现实危险性修正系数，形成一种新型涉火设备危险性评价方法。在此基础上，选取典型生产线中52台涉火设备开展危险性评价分析试验，试验结果表明，设备测算分级结果与生产单位现有设备风险性管理等级吻合度达100%，验证了该方法在涉火设备危险性评价中的有效性，可有效支撑企业开展涉火设备安全风险精益化、专业化管理。

微装药（叠氮化铜）尺寸、金属飞片厚度是影响引信微爆炸序列作用可靠性的关键因素。通过构建微装药驱动金属飞片型微爆炸序列传爆/隔爆能量传递/抑制模型，形成微装药尺寸、金属飞片厚度等尺寸边界的微爆炸序列设计方法。研究结果表明：当微装药直径大于0.8 mm，驱动金属飞片速度（2 200 m/s）增长趋缓；当微装药高度大于0.5 mm，金属飞片形成稳定运动速度，可以可靠起爆下一级装药；当微装药尺寸一定时，金属飞片速度随厚度增加而降低，飞片厚度由25 μm增加到50 μm，可以实现微爆炸序列可靠传爆。结合微机电系统引信安保机构隔爆滑块厚度仿真分析，验证得到0.2 mm的镍基滑块可以稳定实现飞片隔爆，最终形成飞片式引信微爆炸序列传爆/隔爆设计边界。