CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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计算与模拟——结构约束下的材料结构与响应

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    • 加载速率和加载位置对炸药缝隙扩展过程影响的数值模拟

      2022, 30(12):1259-1265. DOI: 10.11943/CJEM2021219

      摘要 (195) HTML (120) PDF 1.72 M (3511) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究弱载荷作用下炸药起裂、裂缝扩展过程,分析加载条件对缝隙扩展的影响规律,研究基于钝感炸药的三点弯曲试验,采用考虑了材料的拉压异性、应变率效应,以及损伤失效的本构模型,开展了炸药起裂和裂缝演化过程的数值模拟研究,拟合了主要的计算参数,计算结果与试验数据符合较好,校验了计算模型及其适用性;数值模拟获得了炸药样品中裂缝产生和扩展过程的典型特征图像,分析了加载速率和加载位置对炸药裂缝扩展演化规律的影响。研究表明,初始裂缝尺寸越大,起裂越早;随着加载速率增大,起裂荷载也增大,反映了炸药样品的应变率效应;加载位置偏离初始裂缝位置时,对于不同加载速率情况,样品中的裂缝扩展演化路径差异很大,存在4种破坏模式。

    • 不饱和聚酯包覆层流动及浇注的仿真模拟

      2022, 30(11):1106-1127. DOI: 10.11943/CJEM2022045

      摘要 (371) HTML (214) PDF 6.01 M (8364) 评论 (0) 收藏

      摘要:固体火箭发动机技术的发展对现有的包覆层生产技术提出了新的挑战,采用热固性树脂作为基体,结合连续自动化包覆技术,可快速得到成型完整、性能优异的包覆层,是近年来较为热门的包覆层生产方法。本研究分析了不饱和聚酯(UPR)包覆层的流动性和浇注条件,通过在Fontana-Kiuna模型基础上引入指数函数,得到匹配的化学流变模型,建立了UPR固化时粘度与时间、温度的函数关系,得到了适合包覆层浇注操作的温度;以Bird-Carreau幂律方程建立UPR流体的本构方程,使用Polyflow软件在前述温度下对恒速模式和恒压模式下UPR包覆层的浇注过程进行模拟,分析了浇注速率、浇注压力对充填完整性的影响,预测了包覆层的填充体积分数分布、流动速率分布和熔接线位置。结果表明,为了保证UPR包覆层浇注完整,浇注温度应该在35 ℃以下,浇注压力应大于1 MPa,入口流速应大于150 mm3·s-1且小于175 mm3·s-1

    • 基于CE/SE方法对模块装药点传火过程的数值模拟及特性研究

      2022, 30(7):744-751. DOI: 10.11943/CJEM2022002

      摘要 (230) HTML (165) PDF 1.80 M (2503) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入探究模块装药的点传火特性,设计了一种金属模块药筒进行了点传火试验并对试验过程进行了仿真分析,建立了试验条件下的内弹道气固二维两相流模型,采用CE/SE方法对其进行了编程求解,获得了膛内流场参数的变化特性,数值结果与实验结果吻合较好。数值结果揭示了点传火过程中传火管及主装药区压力分布的变化过程、气相的流动规律及其径向传播效应对模块主装药区发射药燃烧的影响;药筒尾部膜片的破裂会导致燃烧室内自由空间区域形成激波现象,对这一激波形成的原因进行了探讨,并对假设工况下的传火孔破孔的燃气射流过程进行了仿真,研究了破孔条件下主装药区的气相流动及升压规律。综合结果表明模块装药条件下传火管燃气的径向效应在整个点传火过程中较为明显,并且装药结构的特殊性易引发激波现象的产生。

    • 拉伸载荷下PBX-9501裂纹产生的数值模拟

      2022, 30(7):736-743. DOI: 10.11943/CJEM2021333

      摘要 (364) HTML (221) PDF 1.91 M (2450) 评论 (0) 收藏

      摘要:高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)是由占极大体积分数的单质炸药颗粒与少量高聚物黏结剂组成的多相复合材料,其中颗粒与黏结剂的界面脱粘以及细观结构是影响材料力学性能的重要因素。可以通过将随机模拟方法与Voronoi方法相结合,建立细观尺度下PBX材料的代表性体积元进行分析。但当颗粒为多级配时,该方案生成的模型大颗粒周围的颗粒呈条状散射形状,因此本研究在Voronoi方法的基础上改进了PBX细观结构的建模方法。首先根据PBX-9501颗粒与黏结剂的细观界面特性,采用三阶段黏结界面本构关系,对PBX-9501材料在静态拉伸下颗粒与黏结剂界面的损伤演化进行数值模拟,获得的PBX-9501宏观力学性能与实验数据比较吻合,其次对使用有限元隐式静力分析时的收敛性与代表体积元尺寸之间的关系进行讨论,结果表明代表体积元尺寸越大则模拟界面脱粘的收敛性越差。

    • DNTF原位红外热分解动力学及机理

      2022, 30(6):604-610. DOI: 10.11943/CJEM2021128

      摘要 (385) HTML (216) PDF 1.05 M (5558) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入研究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)特征基团的热分解特性,采用差示扫描量热法(DSC)、快速扫描傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析了DNTF的凝聚相热分解特性;利用变温红外原位池技术在2.5,5.0,10.0 ℃·min-1等三种升温速率下研究了DNTF的特征基团随时间(温度)的变化;采用Coats-Redfern法计算得到了DNTF的硝基、呋咱环、氧化呋咱环的热分解动力学参数;基于DNTF的特征基团热分解特性,推测了DNTF的热分解机理。结果表明:DNTF特征基团的热分解受三维扩散机理控制,DNTF分子内的基团反应活性为硝基>氧化呋咱环>呋咱环,随着加热速率提高,各基团的反应活性表现出增大的趋势。推测DNTF热分解过程为C─NO2先断裂,然后连接呋咱环和氧化呋咱环的C─C键断裂,最后氧化呋咱环和呋咱环中N─O键断裂,且氧化呋咱环比呋咱环更快发生分解。

    • TATB与AOT溶液界面相互作用的分子动力学模拟

      2022, 30(6):597-603. DOI: 10.11943/CJEM2021311

      摘要 (269) HTML (176) PDF 1.78 M (5358) 评论 (0) 收藏

      摘要:为得到表面活性剂磺基丁二酸钠二辛酯(AOT)对1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)结晶过程的影响规律,通过分子动力学方法(MD)对TATB与AOT溶液的界面相互作用进行了研究。首先采用Morphology模块中的Bravis-Friedel-Donnary-Harker(BFDH)模型和Adhesion Energy(AE)模型,确定了真空中TATB晶体的7个主要晶面,然后建立了TATB晶面与AOT溶液的界面模型,进行了分子动力学方法模拟,并运用修正后的AE模型,对所得数据进行了处理。结果显示,真空中TATB晶体的主要晶面分别为(0 0 1)、(1 0 -1)、(1 -1 0)、(1 0 0)、(1 -1 1)、(0 1 -1)和(0 1 0)面,AOT溶液对TATB的结晶速率具有整体促进作用。通过分析TATB晶面结构及分子间相互作用,认为(0 0 1)面的特殊平面结构,导致其与AOT溶液的相互作用较弱,附着能较低,为119.832 kJ·mol-1,因此在结晶过程中生长速率相对较慢,而(1 0 -1)、(1 -1 0)、(1 0 0)、(1 -1 1)、(0 1 -1)和(0 1 0)晶面附着能较高(均高于119.832 kJ·mol-1),生长速度相对较快。因此,在结晶实验过程中,TATB首先呈现叶片状结构,随着时间推移,(0 0 1)面逐渐生长,最终呈现长叶片状结构。

    • 基于多孔介质的某大口径装药床点传火特性

      2022, 30(5):502-510. DOI: 10.11943/CJEM2021172

      摘要 (237) HTML (149) PDF 1.75 M (6406) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入研究主装药的装填密度对点火药燃气在药床内传播特性的影响,搭建了某大口径密实装药床点传火系统试验平台,试验拍摄记录了火焰序列图及部分测压点压力变化情况;采用多孔介质模型模拟药室内的颗粒药床,建立了与试验装置对应的点传火系统模型,对点火药燃气在颗粒药床中的流动过程进行数值模拟,将模拟计算结果与试验结果进行对比,验证模型的可靠性,再计算不同装填密度下燃气在药床内温度场和压力场的传播特性。结果表明,计算所得与试验拍摄的火焰传播序列过程及试验测得的压力曲线均吻合较好,验证了模型的可靠性;在任意孔隙率条件下,0~10 ms时,火焰阵面轴向位移的发展较快,轴向速度由25~30 m·s-1减小到10 m·s-1,而10~40 ms轴向速度逐渐减小到2~3 m·s-1;同样,在任意孔隙率条件下,火焰阵面径向位移的发展集中在2.2~3.0 ms时段内,且3.0 ms时径向速度都将减小到20~22 m·s-1,但较大的孔隙率初始时刻的径向速度较大;当孔隙率由0.3增大至0.5时,药室内不同位置处的压力差由0.24 MPa减小到0.20 MPa,压力差减小了16.7%,点火的均匀性和瞬时性提高。随着孔隙率增大,点火传播过程中药室内火焰阵面的轴向和径向阻力减小,火焰阵面沿轴向的扩展位移越大,轴向和径向上的火焰传播初速度也越大,但末速度趋于一致;药室内的压力越小,药室内的压力差也减小。

    • PBX炸药损伤本构模型及其工程运用

      2022, 30(3):188-196. DOI: 10.11943/CJEM2021161

      摘要 (623) HTML (396) PDF 2.67 M (5915) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z-W-T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。

    • 叠层复合装药殉爆安全性试验及数值模拟

      2022, 30(3):204-213. DOI: 10.11943/CJEM2021014

      摘要 (395) HTML (230) PDF 2.40 M (3476) 评论 (0) 收藏

      摘要:叠层复合装药是由两种或两种以上装药通过叠加的方式复合而成,可以通过装药结构设计调控其安全性和能量输出特性。为研究叠层复合装药的殉爆安全性,选取典型高能炸药与钝感炸药组合的叠层复合装药为研究对象,通过数值模拟和殉爆试验研究装药结构对临界殉爆距离的影响规律。结果表明,相比于单一高能炸药PBX-1,复合装药临界殉爆距离可减小53.3%(由7.5 mm减小至3.5 mm),能量降低22.9%;复合装药中钝感炸药厚度必须要达到特定阈值(3 mm)以上才能明显降低复合装药临界殉爆距离;随着钝感炸药占比增大,复合装药临界殉爆距离趋近于单一钝感炸药PBX-2的临界殉爆距离。

    • J积分法研究温度对Al-PTFE反应材料断裂韧性的影响

      2022, 30(3):214-221. DOI: 10.11943/CJEM2021141

      摘要 (391) HTML (227) PDF 2.48 M (4820) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究聚四氟乙烯(PTFE)的温度引发相变特性对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料断裂韧性的影响,通过开展准静态拉伸实验和断裂韧性实验,使用ASTM E1820单试样法中的归一化数据简化技术,对Al-PTFE的弹塑性断裂韧性进行J积分分析,结合试样断面微观形貌分析,明确了温度对Al-PTFE断裂韧性的影响。结果表明:随着温度的升高,Al-PTFE反应材料强度降低,断裂韧性增大,屈服强度和断裂韧性在跨越相变温度后呈现明显的突跃变化,裂纹扩展模式由脆性断裂转变为延性断裂。当PTFE处于结晶相Ⅱ状态时,能够拉伸形成的PTFE纤丝较少,而当温度升高,PTFE晶相向Ⅳ和Ⅰ状态转变时,稳定成形的PTFE纤丝能够通过局部塑性变形有效耗散外部能量,并依托缠绕桥接使裂纹尖端发生钝化,阻止裂纹扩展,从而提高材料断裂韧性。

    • 不同结构尺寸丁羟发动机慢速烤燃特性

      2022, 30(2):155-162. DOI: 10.11943/CJEM2021097

      摘要 (509) HTML (482) PDF 3.99 M (7542) 评论 (0) 收藏

      摘要:慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一。为研究丁羟复合固体推进剂发动机尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点火区域及响应等级。结果表明:Ф100 mm×200 mm,Ф160 mm×400 mm及Ф522 mm×887 mm 3种试验件的试验点火温度分别为244,172,155 ℃;以试验数据作为输入,计算点火温度分别为250,269,154 ℃,计算误差分别为2.88%,1.17%,0.64%,响应等级分别为爆炸、爆炸、爆燃;计算云图表明,中小型试验件的点火位置位于圆柱体中心,大尺寸固体火箭发动机的点火位置位于固体推进剂前端肉厚的中心位置,为一环状区域。

    • 复合固体推进剂双螺杆挤出成型过程DEM-CFD耦合仿真

      2022, 30(2):138-145. DOI: 10.11943/CJEM2021102

      摘要 (771) HTML (287) PDF 1.97 M (7606) 评论 (0) 收藏

      摘要:复合固体推进剂含有固体颗粒较多,传统的有限元分析方法难以准确实现复合固体推进剂在双螺杆挤出过程的仿真模拟。离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合是一种适合复合固体推进剂生产过程仿真的有效方法,但实现难度很大。基于标定的接触模型参数通过DEM实现了以铝粉和高氯酸铵为主要组分的固体推进剂固体颗粒在双螺杆挤出输送过程的模拟,利用测得液相黏度模型参数通过DEM-CFD耦合计算实现了固体推进剂固体颗粒与液相在双螺杆挤出过程的耦合仿真。结果表明,通过DEM计算得到的固体推进剂固体颗粒在双螺杆中的输送与实验规律相符;对比DEM-CFD耦合仿真与DEM中固体颗粒仿真结果,可见加入了液相的DEM-CFD耦合仿真物料流动性比未添加液相的DEM固体颗粒更好,物料在螺杆输送段的填充率从20%提升到40%,固体颗粒平均输送速度提升150%,螺杆的受力变化不大。

    • α-CL-20和CL-20/H2O2中溶剂分子的扩散特性及其对共晶分解影响的分子动力学模拟

      2022, 30(1):2-11. DOI: 10.11943/CJEM2021066

      摘要 (522) HTML (276) PDF 2.68 M (6023) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究H2O和H2O2溶剂分子对含能共晶热稳定性的影响机制,采用分子动力学(MD)模拟方法对α-CL-20和CL-20/H2O2(正交、单斜)中溶剂分子的扩散行为及其热解机理进行了研究。结果表明,H2O和H2O2都会随着温度的升高从晶胞中扩散出来,其中H2O分子扩散得更快;温度低于500 K时单斜晶型CL-20/H2O2晶格框架具有阻碍溶剂分子H2O2扩散的作用,而温度高于500 K时,这种阻碍作用将不复存在。热分解过程中,α-CL-20释能最慢,且其中CL-20的分解也是最慢的;温度低于1500 K时,溶剂分子对含能组分热解呈现出一定的稳定化作用,但此作用随着温度的升高而消失。此外,溶剂的存在能明显增加晶格能。

    • 数值模拟在含能材料焚烧炉设计中的应用

      2022, 30(1):34-42. DOI: 10.11943/CJEM2021159

      摘要 (399) HTML (186) PDF 1.53 M (2306) 评论 (0) 收藏

      摘要:为保证焚烧过程的安全,焚烧炉必须能够承受废弃含能材料在焚烧过程中意外爆炸产生的冲击作用。依据抗爆要求,分别采用动力系数法和英国原子能武器机构(Atomic Weapons Establishment)提出的方法(AWE方法)对废弃含能材料立式焚烧炉壳体进行了设计,通过AUTODYN软件对设计的焚烧炉在含能材料爆轰情况下壳体受力情况等进行了三维数值模拟,对烟气出口大小、出口位置和含能材料爆炸位置对焚烧炉抗爆性能的影响进行了分析。数值模拟结果表明:烟气出口的存在破坏了壳体的连续性,在出口附近出现应力集中,最大应力出现在出口上边缘;随着出口直径增大、出口圆心位置距壳体封盖越近、含能材料爆炸位置距出口越近,出口上边缘的应力集中越严重;当含能材料与焚烧炉壳体距离较近时,爆炸会使壳体产生塑性变形。因此,在烟气出口直径确定的情况下,采取出口圆心位置尽量远离封盖、出口处设置补强圈、含能材料与壳体保持一定的距离等措施保证焚烧过程的安全性。

    • 五帧差分法提取实测红外烟幕图像的特征参数

      2021, 29(12):1144-1151. DOI: 10.11943/CJEM2021075

      摘要 (432) HTML (223) PDF 1.29 M (2240) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提取实测红外烟幕的效应特征量(烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积、遮蔽时间)和运动特征量(垂直方向、水平方向的扩散速度)参数,设计了野外测量红外烟幕的试验场地布置方案,应用红外热像仪采集了红外烟幕弹在112 s内爆炸和扩散过程的视频数据,采用了五帧差分法对红外热像仪视频序列中的红外烟幕进行分割和提取,得到了红外烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域,并根据场地布置的几何关系对试验结果进行了风向修正,以红外烟幕图像像素点为基本单元,对红外热像仪视频序列中每一帧烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域中每一个像素点所代表的实际烟幕高度数值和宽度数值进行了求解,进而得到红外烟幕的效应特征量和运动特征量参数。经实测红外烟幕视频分析验证,该方法可以快速提取红外烟幕特征参数,其爆炸瞬间烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积迅速增加至4.7 m,5.2 m,24.2 m2,水平沿风速方向的烟幕前沿扩散速度达到了126 m·s-1,垂直方向烟幕前沿扩散的速度达到了146.3 m·s-1。对研究红外烟幕扩散仿真方程的修正、作战效能评估、作战运用具有较高的实际应用价值。

    • 多孔发射药冲击受力模拟仿真

      2021, 29(6):492-500. DOI: 10.11943/CJEM2020236

      摘要 (423) HTML (311) PDF 1.84 M (2644) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究多孔发射药受冲击载荷的力学响应过程及几何参数变化对药粒力学性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了七孔、十九孔发射药计算模型,模拟药粒在冲击载荷下的受力情况,然后建立单孔发射药模型,长径比为1∶1、2∶1的七孔、十九孔发射药和花边形七孔、十九孔发射药模型,研究孔数、长径比和外形对药粒应力的影响。结果表明,药粒被压缩后发生回弹,与落锤接触面的应力从圆心到边界逐渐增加,药粒中部发生膨胀;受孔处应力集中的影响,孔数的增加改变了端面应力分布连续性,和单孔药相比,七孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了3.39%和3.76%,十九孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了10.17%和15.05%;当孔数不变,长径比从1:1增加到2:1时,应力峰值减小而压缩位移峰值增大;花边形药粒比圆柱形药粒更易在花边凹陷处出现应力集中。对发射药应力响应过程及影响因素的研究为发射药力学性能研究提供了基础数据。

    • 冲击作用下CL-20/HMX共晶力-热-化学耦合响应的动力学模拟

      2021, 29(4):315-324. DOI: 10.11943/CJEM2021021

      摘要 (482) HTML (336) PDF 3.62 M (3729) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析CL-20/HMX共晶和HMX冲击波感度接近的机理,采用反应分子动力学方法(ReaxFF-MD),探讨了有无缺陷CL-20/HMX共晶在冲击加载下的力-热结构变化和初始化学反应,通过动量镜原理与最大压缩点吸收波阵面相结合方式,分析了快速结构响应和随后缓慢化学反应过程。结果表明,冲击加载无缺陷CL-20、HMX和CL-20/HMX共晶时,CL-20的分解速度比HMX快,CL-20/HMX共晶的分解速度与HMX接近;与沿CL-20/HMX共晶[111]晶向加载相比,沿[100]晶向分解更快,这与CL-20和HMX分子层的交替排布及滑移等因素有关。以2 km·s-1的质点速度沿[100]晶向冲击加载含Φ20 nm孔洞的CL-20/HMX共晶时,孔洞周围结构没有产生射流现象,而是粘塑性收缩过程。孔洞塌缩形成的高温高压条件和结构上的粘塑性变形有效促使CL-20和HMX分子发生快速分解,孔洞塌缩新热点的形成进一步增强了冲击加载过程。

    • 超高分子量聚乙烯纤维层合板抗侵彻性能的一种数值分析方法

      2021, 29(2):132-140. DOI: 10.11943/CJEM2020212

      摘要 (499) HTML (398) PDF 8.11 M (2929) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了准确模拟和预测超高分子量聚乙烯纤维层合板(ultrahigh molecular weight polyethylene laminate, UHMWPEL)的抗侵彻性能,将UHMWPEL离散为若干正交各向异性的单层板及若干黏结界面层分别建模;继而基于ABAQUS/Explicit求解器进行用户动态材料子程序二次开发,单层板损伤起始准则采用应力耦合的3D Hashin准则,黏结层损伤起始准则采用拉剪耦合的二次应力准则,二者均采用双线性材料本构模型及基于等效应力和断裂韧性的损伤演化方法;发展了一种适用于三维复合材料层合板抗侵彻分析的有限元计算方法。基于该方法计算预测了典型的10 mm和20 mm厚UHMWPEL在楔形钢质破片模拟弹(FSP)在不同初始速度冲击侵彻作用下的损伤破坏状态和FSP残余速度。计算结果表明,与已有试验相比,10 mm和20 mm厚的UHMWPEL弹道极限速度()预测误差分别为0.6%和11.3%,FSP各残余速度数值计算误差均小于14.2%;UHMWPEL的损伤破坏过程表现出先冲切破坏和局部鼓包,继而大范围鼓包、大面积分层以及纤维拉伸破坏的两阶段特性,与已有试验的观测现象相吻合,验证了本文计算模型和方法的可靠性。

    • 弹头形状对侵彻多层靶弹道的影响

      2021, 29(2):124-131. DOI: 10.11943/CJEM2020291

      摘要 (635) HTML (320) PDF 2.98 M (3433) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高侵彻弹斜侵彻多层混凝土靶过程弹道稳定性,提出头部刻槽形弹体结构和尖卵形弹体结构设计。基于LS-DYNA软件开展数值模拟计算,并进行了两种弹体侵彻10层混凝土靶试验。研究表明:在侵彻单层混凝土薄靶过程中,随初始攻角增大弹体姿态偏转角度增大,刻槽形弹体相对尖卵形弹体姿态偏转相对较小。对比侵彻10层混凝土靶试验结果,刻槽形弹体相对尖卵形弹体可显著减少弹体偏转姿态 ,具有较好的侵彻弹道稳定性。

    • 射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

      2021, 29(2):114-123. DOI: 10.11943/CJEM2020260

      摘要 (500) HTML (357) PDF 15.84 M (2969) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。

    • 椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

      2021, 29(2):96-106. DOI: 10.11943/CJEM2020276

      摘要 (551) HTML (335) PDF 10.26 M (3429) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性,以及截面短轴一定时,长短轴之比对椭圆形截面聚能装药射流成型及侵彻特性的影响,开展了截面短轴直径为56 mm,长短轴之比分别为1、1.5、2的椭圆形截面聚能装药在炸高为80 mm下的侵彻深度(DOP)试验,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对相关椭圆形截面聚能装药的射流成型及靶板侵彻过程进行了数值模拟。结果表明:椭圆形截面聚能装药形成的射流,除射流头部在运动拉伸过程中持续呈凝聚态外,其余部分在运动拉伸后期呈非凝聚态,非凝聚的射流由关于截面长轴面对称分布的两束具有横向速度的流体组成;射流的非凝聚现象将明显降低射流的侵彻能力;截面短轴直径为56 mm,长短轴之比从1变化至1.5时,侵彻深度由150 mm下降至47.5 mm,下降了68.3%,长短轴之比大于1.5时,侵彻能力无明显变化。

    • 浇注炸药PBX-1侵彻安定性试验与数值模拟

      2021, 29(2):107-113. DOI: 10.11943/CJEM2020203

      摘要 (519) HTML (426) PDF 24.80 M (3423) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX-1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco-SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。

    • 斜波压缩下PBX-59未反应固体炸药的状态方程

      2021, 29(1):35-40. DOI: 10.11943/CJEM2020045

      摘要 (384) HTML (180) PDF 1.37 M (3149) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用磁驱动加载实验技术,开展了斜波压缩下未反应固体炸药PBX-59的动力学特性研究,获得了峰值压力18.5 GPa下PBX-59的动力学响应。利用阻抗匹配修正的迭代Lagrange数据处理方法,获取了PBX-59炸药斜波压缩加载下的p-V关系和声速-粒子速度关系等动力学特性参数。结合实验获得的动力学参数和等熵状态方程,对实验过程开展了流体动力学数值模拟,计算和实验结果基本吻合,验证了本研究实验技术、数据处理方法和物理模型的正确性。

富氮杂环含能化合物的创制

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