综述了非均质固体炸药的冲击起爆机制、宏细观反应流模型、中尺度/跨尺度及连续介质尺度数值模拟和冲击起爆试验及测试技术等研究进展,并总结作者团队近年来在该领域的研究成果; 分析了该领域的未来发展趋势,旨在加深对非均质固体炸药冲击起爆爆轰物理机制的认识,为装药安全性研究提供方法和技术手段。指出非均质固体炸药冲击起爆物理响应过程复杂,往往由多种热点机制控制,现有反应速率模型考虑热点机制单一,无法适应冲击起爆过程的高保真计算。现阶段压力相关型反应速率模型虽然在一定范围内适应细观结构的变化,但无法描述复杂加载路径如多次加载和斜波-冲击复合加载下炸药脱敏或敏化、拐角效应死区现象等,而熵或温度相关型反应速率模型可较好地适应复杂加载,但未考虑细观结构响应机制。发展多热点机制耦合作用的、宽适应范围的宏细观反应速率模型是反应流模型的重要方向。快响应高分辨率的细观实验诊断技术一直是爆轰领域的技术难点,中尺度计算是现阶段冲击起爆热点机制研究的主要手段,已初步实现从中尺度到宏观尺度的冲击起爆跨尺度计算,仍是非均质固体炸药冲击起爆与爆轰问题数值模拟发展的重要趋势。附参考文献151篇。

为有效提高可压缩多介质流体数值模拟的精度和稳定性,需要准确描述界面的位置以及界面两侧介质间的相互作用。针对JWL、多项式等具有高度非线性状态方程的多种流体间的相互作用问题,提出了一种通用、高效、误差可控的Riemann问题求解方法,能有效提高物质界面上各物理量的计算精度。结合Euler坐标系下的可压缩多介质流体数值方法,建立了一套能够模拟具有高密度比、高压力比以及复杂状态方程的二维多介质流体计算体系; 结合网格自适应技术,对TNT空中爆炸自由场、TNT爆炸近区冲击波反射和水下爆炸等问题进行了数值模拟,并与实测结果进行了对比。结果表明,数值计算的爆炸冲击波参数与相关实测结果一致,表明该方法可用于复杂环境下爆炸冲击波传播规律的研究。

为了准确评估水中爆炸冲击波对靶体结构造成的毁伤程度,给出了冲击波毁伤威力参量的一般形式Wⁿ/R(W为装药质量,R为爆距,n为待定系数),并在量纲分析推导Wⁿ/R与结构毁伤的函数关系的基础上,提出了采用Wⁿ/R作为水中爆炸冲击波毁伤准则与判据的通用形式。利用AUTODYN软件模拟了水中爆炸冲击波分别对圆板和圆筒靶体结构的作用,对比分析了以不同冲击波毁伤威力参量作为毁伤准则与判据的等毁伤曲线。结果表明,冲击波峰压、能流密度(冲击因子)、比冲量等威力参量均不能独立作为毁伤准则与判据; 基于Wⁿ/R提出的毁伤准则与判据在评估靶体结构的毁伤程度时误差更小,均方差仅为其他准则的8%～36%; 所提出的Wⁿ/R可视为一种峰压—比冲量联合形式的毁伤准则与判据,根据不同条件n的取值在0.333～N_i之间。所提出毁伤准则和判据用于评估水中爆炸冲击波对靶体结构的毁伤时具有良好的通用性和实用性。

通过爆炸光辐射特性试验研究,获取了含铝炸药装药在不同反应阶段的可见光、红外光时程曲线,计算了不同波段光辐射的能量利用率; 基于含铝炸药的爆炸能量输出结构,分析了含铝炸药爆炸光辐射能量输出特性和激发特性规律。结果表明,可见光、中波红外和长波红外3个频段的光辐射强度分别在含铝炸药爆炸爆轰反应阶段、无氧燃烧反应阶段和有氧燃烧反应阶段达到最大峰值,与不同阶段的反应机制和释能特性吻合; 含铝炸药常规爆炸的光辐射在试验工况测量波段的能量利用率为5.91%,与核爆炸模式的光辐射转化率存在数量级上的差异,但通过优化炸药配方设计和复合装药结构等技术途径仍可能有较大的提升空间,可为光电对抗提供新型技术途径。

为了研究背板材料及炸药厚度对破片冲击起爆8701炸药装药的影响,设计了单一破片和双破片冲击起爆屏蔽8701装药的试验。采用AUTODYN-3D软件进行数值模拟,通过改变背板材料及炸药厚度,来改变背板反射波的幅值,探究其对装药起爆阈值的影响。试验结果表明,在本研究装药结构下,除双破片撞击产生的冲击波叠加作用影响装药起爆的速度阈值外,背板反射波亦影响装药起爆的速度阈值。模拟结果表明,临界起爆速度随背板波阻抗的增大而减小; 随炸药厚度的增大,背板反射波的作用逐渐减弱,当炸药厚度增大到30mm时,靠两钨球撞击产生的冲击波叠加起爆装药,背板对双破片冲击装药的临界起爆速度几乎无影响。

为了研究低爆速近临界厚度炸药在金属箔爆炸焊接中的应用,以乳化炸药为例,通过改变其中玻璃微球的含量,探究了玻璃微球含量对乳化炸药临界厚度及近临界爆速的影响; 分别采用含质量分数20%和25%的玻璃微球对应的近临界厚度装药进行了TA2钛箔和Q235钢的爆炸焊接,并分析比较了两组焊接效果。结果表明,随着乳化炸药中玻璃微球含量的上升,其临界厚度及近临界爆速显著降低,当玻璃微球的质量分数为5%、10%、15%、20%和25%时,临界厚度分别为7.4、6.8、6.2、6.0、5.8 mm,近临界爆速分别为4285、3676、2970、2600、2359m/s; 相比于6.2mm近临界厚度装药,采用6.0mm近临界厚度炸药焊接后得到的复合材料,表面更加平整,边缘无剪切裂纹,结合界面呈现出无缺陷的小波状,拥有更高的结合质量。得出低爆速的近临界厚度炸药适用于金属箔的爆炸焊接。

The explosion experiments of cyclotetramethylene tetranitramine(HMX)based aluminized explosive(AE)were carried out in free filed. The shock wave parameters and heat effect data were obtained through theoretical calculation and instrument acquisition. Based on the explosion effects, a method for evaluating the power of AE was proposed. Results show that, in the experimental range, the overpressure (Δp) and impulse (I) of AE increase by 33.1% and 28.9% respectively compared with those of TNT in the largest position. The explosion fireball temperature and dimension are also much higher and greater, in high temperature range(greater than 2000℃), and the duration of AE is 7 times that of TNT. The method for evaluating the power of AE is more accurate to express its comprehensive power and helpful to compare the power of other similar non-ideal explosives.

为了研究钨合金破片样品在爆轰驱动下的破碎行为,以93W-Ni-Fe作为研究对象,对两种不同工艺得到的钨合金破片样品进行了静态压溃性能、动态力学性能和爆轰驱动破碎性实验; 采用扫描电子显微镜进行金相研究,结合原始破片及爆轰加载后的回收破片微观形貌分析,实现破片在爆轰加载后的完整性预估。结果表明,在两种破片静态压溃性能相当的情况下,其动态应力应变曲线以及爆轰驱动后的破碎率也会出现明显差异,因此静态压溃性实验不足以表征破片的爆轰驱动完整率,但与动态力学性能以及金相研究结合后,发现动态应力应变曲线无明显应变硬化行为的破片更容易发生破碎,且破片微观形貌出现大量孔隙以及晶粒分布不均匀现象,说明结合动态力学性能分析可有效预估钨合金破片样品的爆轰驱动破碎行为。

为研究铝粉粒径对HMX基温压炸药在密闭空间爆炸参数的影响,对铝粉中位径(D₅₀)分别为2.7μm(配方1)、5.4μm(配方2)、23.8μm(配方3)和96.9μm(配方4)的HMX基温压炸药在球形爆炸罐进行了内爆试验,利用压力测试系统测得了爆炸后的反射波压力曲线,根据反射波超压峰值、冲量、准静态压力、准静态压力上升时间和压力衰减系数5个特征参数分析爆炸能量输出特性。结果表明,随着铝粉粒径的增加,反射波超压和冲量呈先增加后减少的趋势; 配方2的反射波超压和冲量最大,分别比配方1高13%和7.4%,比配方3高35.6%和16.8%,比配方4高47.8%和32.7%; 配方2的准静态压力P_QS最高,分别比配方1高3.9%,比配方3高1.8%,比配方4高1.6%; 准静态压力上升时间长短依次为:配方1<配方2<配方3<配方4; 压力衰减系数大小依次为:配方1>配方2>配方3>配方4。表明铝粉粒径对反射波压力和准静态压力影响较大。

为了分析爆轰波叠加作用下45^#钢杆的断裂行为,进行了爆轰波叠加效应试验。通过数值模拟分析了杆条受力分布及断裂过程,分析了起爆模式、起爆间距和装药高度对杆条断裂行为的影响,并通过试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明,爆轰波叠加后产生一条狭窄的压力增强带,在试验靶板上造成深度为1mm的刻痕; 起爆模式影响受力分布的均匀性,起爆点位于传爆药一端时,靠近起爆点一端的杆条所受压力峰值明显低于其他杆条; 起爆点位于传爆药中心时,杆条受到爆轰波的作用时间更加集中,且压力大小接近; 装药高度与起爆间距的比值在0.75～1.25之间时,爆轰波叠加后作用到杆条的压力随着装药高度或起爆间距的增加而增大。起爆间距对爆轰波叠加压力的影响比起爆点位置和装药高度的影响更明显。

为了对比分析公斤级炸药在常压及真空环境下的内爆威力,以JO-8炸药为研究对象,在真空爆炸罐内进行了常压和真空条件下的内爆威力试验,分析了炸药在不同条件下的内爆威力。结果表明,真空条件下,正对爆炸产物传播方向所测壁面反射压峰值、准静态压力峰值分别是侧向的1.12倍及1.67倍,且正对爆炸产物传播方向的效应靶变形也远高于侧向效应靶变形,证明爆炸产物在真空环境下的传播具有明显的方向性; 常压下所测壁面反射压峰值、准静态压力峰值分别是真空条件下的1.74倍及5.17倍,且效应靶变形情况相对于真空条件下也更为严重,证明炸药在常压条件下比真空条件下具有更强的毁伤威力,这是由于真空环境下缺少空气介质造成的。

为提高水下爆炸时水激波管对压力校准的精度,在原有的设计基础上,针对压力源起爆装置,探讨了装药壳体厚度对水激波管内爆炸产生的冲击波压力的影响; 利用AUTODYN-2D软件,对壳体厚度分别为0.5、1.5、2.5、3.5和5.0mm下的小当量TNT装药起爆进行数值模拟,获得了不同壳体厚度下水激波管内多个距离处的压力时程曲线; 将点火头起爆装置改为雷管起爆装置进行试验,对数值模拟进行验证。结果表明,壳体越厚,其对冲击波在水激波管内的约束作用越明显; 相同的传播距离下,壳体越厚,冲击波压力峰值越小,脉宽越大; 在端盖处,当填装比为2(壳厚为5mm)时,其压力峰值可达等条件下裸药的0.42倍; 试验结果证明了模拟结果的准确性以及设计的起爆装置的可行性。

为了得到等离子体起爆电压及等离子体与不敏感含能材料接触面积对起爆响应强度的影响规律,选择典型分子类不敏感含能材料FOX-7、LLM-105和TATB,以及离子类不敏感含能材料FOX-12和HATO,以金属丝电爆炸为等离子体源,进行15、20和25kV起爆电压及直线形(Z)和螺线形(W)金属丝形状的等离子体起爆试验,以见证板形貌及最大形变量判定含能材料的爆轰响应强度。结果表明,不同种类含能材料对等离子体的起爆响应不同,增加等离子体起爆电压可以显著增加分子类不敏感含能材料FOX-7、LLM-105和TATB的响应强度,其响应强度顺序为W/25kV>Z/20kV>W/20kV; 而离子类不敏感含能材料FOX-12和HATO对等离子体起爆条件没有显著规律; 分子类不敏感含能材料比离子类不敏感含能材料对等离子体起爆电压和等离子体与含能材料的接触面积更敏感。

为研究爆炸成型横向效应增强型侵彻体(爆炸成型PELE)的形成规律,基于一种中心点起爆的包覆式复合药型罩战斗部结构,采用AUTODYN数值模拟软件计算爆炸成型PELE形成过程; 运用图像处理技术,提取侵彻体形成后的边界并计算出密实度作为衡量侵彻体形成优劣的评价依据,获得了药型罩材料、结构以及装药长径比对爆炸成型PELE形成性能的影响规律。结果表明,在中心点起爆条件下,采用变壁厚结构铁外罩、等壁厚结构铝内罩组合方式,内外罩顶厚度比为2:3、装药长径比为0.5时,可获得密实度较高的爆炸成型PELE,其结构参数为:外罩内、外曲率半径分别为1.00D和1.15D,外罩顶厚度为0.06D,内罩内、外曲率半径均为0.42D,内罩顶厚度为0.04D。

为研究热-力耦合作用下B炸药的撞击安全性,利用大型落锤加载装置开展了不同温度(-40、25、70℃)和不同尺寸(Φ20mm×20mm,Φ40mm×40mm,Φ60mm×60mm)下B炸药柱的撞击实验,获得了不同温度和尺寸条件下B炸药的临界点火阈值,并对不同尺寸药柱在临界反应高度下的应变分布状态进行了数值模拟,探讨了温度和药柱尺寸对B炸药撞击点火的影响机制。结果表明,B炸药的临界点火高度随温度升高呈现非线性变化特征,-40℃时的最大未反应落高(3800mm)略高于常温25℃和高温70℃时的最大未反应落高(3700mm); 随药柱尺寸由Φ20mm×20mm增至Φ40mm×40mm,B炸药所能承受的最大应力由1543MPa降至1125MPa,其点火阈值具有明显的尺寸效应,这可能是由于药柱内部应变值与端面边缘最大应变区应变值差异逐渐减小,使得“热点”形成的几率和数量增加。

为了获得杀爆战斗部对目标作用时破片和冲击波两种毁伤元耦合作用机理,分析了作用时序对耦合作用的影响,并通过量纲分析给出了以有孔平板相对于无孔平板在爆炸冲击波载荷下的中心点挠度增益表征的耦合作用系数。利用AUTODYN软件对爆炸冲击波作用下预制孔及无孔平板的塑性变形进行了数值模拟并进行了试验验证,以模拟结果为数据支撑构建了耦合作用模型,提出了杀爆战斗部对典型目标的耦合毁伤计算公式。应用建立的公式针对某杀爆战斗部对典型目标的毁伤进行了评估。结果表明,当穿孔密度较低时,平板中心点挠度变化并不明显,随着破片穿孔密度的增加和直径的增大,平板中心点挠度增益与孔密度和直径呈正相关的变化规律。采用联合毁伤模型较独立毁伤模型杀伤半径提高,提高幅度最大可达9.5%。

为了更科学地评价炸药的内爆炸威力,基于一端安装预制条形孔薄板的密闭圆筒装置,开展了5种炸药(TNT、2种压装含铝炸药及2种浇铸含铝炸药)的裸药柱内爆炸试验及威力评价。选取冲量、准静态压力峰值、薄板中心点挠度与条形孔裂缝长度为指标,分别表征空爆性能、内爆性能、结构变形能,通过分配不同权重,提出基于预制条形孔圆筒装置的炸药内爆炸威力综合评价方法,并进行了对比分析。结果表明,仅考虑冲击波超压、冲量和准静态压力,配方4(HMX/Al浇铸含铝炸药)或TNT内爆炸威力较优,难以充分反映作用于目标的变形能以及含铝炸药内爆威力较优的特点; 根据建立的综合评价方法,配方5的薄板变形较大,准静态压力较高,内爆炸综合评价最高,TNT最差。该方法能较全面、客观地评价炸药的内爆炸威力,可用于战斗部在有限空间内爆炸威力评价和装药选型。

为了获得两点阵列爆炸冲击波场的分布规律及其相对于同质量整体单点爆炸威力的增益效果,采用AUTODYN有限元软件建立了两点阵列爆炸的计算模型,对不同阵列距离条件下两装药阵列爆炸的冲击波场进行了模拟研究,并对两个相距4m的1kg装药同时爆炸的计算结果进行了试验验证; 分析了装药质量、阵列距离对冲击波威力及增益的影响规律,获得了两点阵列爆炸冲击波作用区面积与阵列距离的相互关系,建立了最佳阵列距离以及冲击波作用区面积增益的计算模型。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,数值模型合理、方法可行; 随着阵列距离的增大,两点阵列爆炸的冲击波作用区面积先增大后减小,最佳阵列距离与阵列爆炸单元的质量呈正比关系,函数关系式为L=2.078M^1/3; 阵列爆炸相对于同质量整体单点爆炸的威力增益显著,阵列距离6～10m范围内冲击波作用区面积增益大于29%; 两点阵列爆炸冲击波作用区面积增益和阵列比例距离呈三次多项式函数关系,增益计算模型的预估误差不大于15%。

对使用邻、间位硝基甲苯代替甲苯生产梯恩梯进行了试验.研究结果表明,使用该方法生产的梯恩梯产品质量符合民品要求;该方法用于梯恩梯军品生产也将是可行的.

研究了几种混合炸药在经历了温度渐变试验(又称高低温循环试验)后的尺寸、质量、力学性能的变化,以及外观和内部结构的改变,分析了环境因素的影响程度及作用机理.建立了混合炸药对温度渐变环境的适应性试验方法,评价了混合炸药对温度渐变环境的适应能力.为混合**********设计、生产、运输和贮存提供指导性依据和评价标准.

用电位滴定法对2,6-双(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶(PYX)标准物质的纯度进行测定.PYX用二甲基甲酰胺溶解,以四甲基氢氧化铵的二甲基酰胺溶液为滴定剂.该方法的回收率和变异系数分别为100.0%和0.13%.