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            准 等 熵 加 载 特 性 对 PBXC03 炸 药 起 爆 的 影 响 规 律
           （PDV）获得不同厚度炸药背面粒子速度的宏观流场                             z、x 均为反应速率常数，通过炸药起爆响应实验来标
            信息。实验原理如图 1 所示，负载结构区域由上下电                           定，也是本研究中利用准等熵加载炸药起爆实验来标
            极、炸药样品、LiF 窗口、有机玻璃（PMMA）探针架和                        定的 5 个参数。第一项为点火项，表示炸药受载后，首
            PDV 组成。一次实验中，五片不同厚度的炸药样品粘                           先在孔隙处由于力学塌缩而产生局部高温，形成热点。
            结在铝极板上。PBXC03 炸药由中国工程物理研究院                          温升导致孔隙周围炸药产生自热反应，进而发生热点
            化工材料所按照国军标压制而成。为保证一维加载条                             点火。第二项为热点形成后的慢反应增长项，表示反
            件，对加载样品进行精细研磨加工以保证较好的平面                             应以燃烧的形式从内表面向外表面传播，进入低压下
                                            -3
            度。PBXC03 理论密度 1.874 g·cm ，实验中样品密                    的慢反应过程。第三项描述高压下反应的快速反应
                            -3
            度为 1.840 g·cm ，孔隙度为 0.01087。实验中考虑                   项，表示当燃烧反应发展到一定程度，高温高压产物气
            到稀疏波对一维加载条件影响，炸药样品不宜过厚，但                            体渗透到炸药颗粒缝隙当中，又出现了从炸药外表面
            过薄的炸药不易形成爆轰。所以根据经验采用为 1，                            向内传播的层流燃烧，此过程为高压下的快速反应过
            1.5，2，3，4 mm 的炸药样品。铝电极板厚度为 1 mm，
                                                                程。表 1 和表 2 为用于计算的 PBX 基体 HMX 和粘结
                                                                            ［8，10］
            4 mm 的窗口。如图 1 所示，当脉冲功率装置开始短路
                                                                剂点火项参数          。
            放电，产生的强电流流过平行导电平面构成的回路，相
                                                                表 1  DZK 反应速率模型中 HMX 的点火项参数
            向流动的电流与产生的磁场开始相互作用而产生洛仑
                                                                Table 1  Parameters of the HMX ignition term in the DZK re‐
                                                                action rate model
            兹力，即磁压力。产生的磁压力作用于两平行电极的
                                                                 Q       γ e   k e  C p         Z / μs -1  T* / K  T 0 / K
            内表面上，由内向外传播。
                                                                 / cm·μs -2  / μs -1  / MPa / cm ·μs ·K -1
                                                                                       2
                                                                                          -2
                设流经电极的电流线密度为 J（t），产 生 的 磁 压 力
            p（t）的关系见式（1）：                                        5.439e-2  0.026 8e  1.4e-5     5.0e+13 26500 298
                  μ             μ   I ( t )  2
            P ( t ) =  0  ⋅ J ( t ) = k ⋅  0  ⋅ ( )     （1）      Note： Q is the the reaction heat. γ e is the constant related to the viscosity. k e
                         2
                   2            2    D                                is the shear yield strength shear yield strength. C p is the heat capacity.
                                                                                                         *
                                                                      Z is the pre‐exponential factor in the Arrhenius kinetics. T is the acti‐
            式中，p为磁压力，GPa；I（t）为流经电极板的电流，MA；                            vation temperature. T 0 is the initial temperature.
                                                          -1
            J （t）为驱动电极板宽度方向的电流线密度，MA·cm ；
                                                    -1          表 2
                                 0
            D为电极板宽度，cm；μ 是真空磁导率，H·m 。                                DZK 反应速率模型中粘结剂的点火项参数
                                                                Table 2  Parameters of the binder ignition term in the DZK
                                                                reaction rate model
                                                                 γ b / μs -1        k b / MPa
                                                                 0.025              5e
                                                                 Note： γ b is the constants related to viscosity of the binder. k b is the shear
                                                                      yield strength.
                                                                    为了模拟实验状态，在 DYNA2D 中建立一维 z⁃r

                                                                坐标下的平面对称几何模型（图 2），模型材料分别为
                                                                铝片、PBXC03 炸药和窗口材料 LiF。实验中产生的电
            图 1  磁压缩准等熵加载 PBX 炸药起爆实验原理图
            Fig.1  Principle diagram of the initiation experiment of PBX  流由于驱肤效应而沿着铝片自由面流动，导致电流与
            explosive under magnetic compression and quasi‐isentropic  磁场产生的洛伦兹力直接作用于铝片自由面上。所
            loadings                                            以，设置模型中准等熵加载由铝片自由面进入模型，传
                                                                入炸药和 LiF 窗口。其中铝片、窗口和 PBXC03 炸药的
            3  DZK 反应速率模型参数确定                                   厚度与实验状态一致。沿 z 方向（即应力波的传播方

                                                                向）建立一组单元，单元质心间距为 0.0025 mm，每个
                                ［9］
                DZK 反应速率模型 的三项式方程如式（2）所示：
                                                                单元四个节点，并设置节点在 r 方向的速度为 0，即约
                  d λ
            d λ  = ( )     +  3λ 2/3  ap + Gp (1 - λ ) x        束节点的横向运动，使单元在加载压力作用下仅做一
                                    n
                                          z
            d t    d t        r                         （2）
                      ignition  0                               维纵向运动。计算得到 PBXC03 炸药与 LiF 窗口界面
            式中，t 为时间，s；p 为压力，GPa；λ 为反应度。a、n、G、                  处的粒子速度历史。
            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料                 2019 年  第 27 卷  第 1 期 （68-73）
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