炸药低速撞击点火与裂缝燃烧演化特性研究

发布时间：2020-06-19 11:49

【摘要】：炸药局部撞击点火和点火后的燃烧演化是武器装药在意外事故响应中的两个关键过程,由于这两个过程都较为复杂,现有认识水平还不能满足武器安全性评估的要求。为此,本文针对以上两个关键过程开展相关的实验、数值模拟和理论分析工作,目的是认识炸药在低速撞击下的点火机理,以及炸药发生非冲击点火后的燃烧演化规律。本文的研究工作能够加深对意外事故条件下武器装药非冲击点火和高烈度反应复杂力-热-化耦合过程的机理性认识,为武器装药安全性研究提供数据支撑,具有重要的军事和科学意义。本文通过实验、数值模拟以及理论分析的方法开展研究工作,取得了如下进展:1.针对炸药的低速撞击点火机理,采用落锤实验装置研究了 HMX颗粒炸药低速撞击下的动态响应过程。结果表明,在加载初期,或者对于松散排列颗粒,造成局部温升的主导因素是颗粒变形;而加载后期,或者对于密实排列颗粒,温升是由颗粒变形和摩擦共同作用,其中单颗粒主要是破裂的碎片之间摩擦,而多颗粒主要是颗粒间相互摩擦导致温升。2.在现有固体离散元方法的基础上建立了气-固耦合的离散元方法,增加了气体离散元模型、热传导模型和Arrhenius反应速率模型,使该方法初步具备了炸药在低速撞击条件下撞击→变形→颗粒破碎→局部温升→点火→燃烧演化全过程的模拟能力。采用该方法对低速撞击下颗粒炸药的点火特性开展了初步的数值模拟研究,模拟结果与实验结果定性符合,再现了颗粒炸药受到撞击之后的响应全过程。3.针对炸药非冲击点火后的燃烧演化问题,开展了炸药预置单条裂缝燃烧实验,获取了炸药裂缝燃烧演化全过程的物理图像和量化参数。结果表明在较强约束条件下,炸药内部亚毫米宽度的裂缝燃烧能够产生超过200MPa的压力,火焰传播速度超过600m/s。并对不同条件下的实验结果开展了定性比较,获取了裂缝宽度和约束强度对燃烧演化的影响规律。4.对炸药裂缝燃烧演化的各个阶段开展了定性分析,并对裂缝燃烧的增压过程开展理论分析。建立了简化的理论模型,通过一维等熵流动假设预测了压力增长过程,计算结果与实验结果定性符合,为理解炸药裂缝燃烧的增压行为提供了一种理论解释。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

州海军作战中心的Ｎａｍｋｉｍｇ等＾通过计算发现晶体材的塑性流动过程中能量耗散速率与塑性应变率存在对应关炸药的实验来测量炸药发生点火时刻的塑性应变率，验证预测。结果表明敏感型的ＨＭＸ晶体炸药点火时刻的塑性ＴＮＴ炸药发生点火时刻的临界塑性应变率约为２Ｘ邋１０５邋ｓ点火时刻的临界塑性应变率大于２＼１０５５人他们表示由药晶体和高聚物粘结剂构成的ＰＢＸ炸药点火时刻的临载，由于难以确定炸药样品与落锤和砧板之间的摩擦系锤和砧板表明，也就是说交接面上样品的径向速度为零，样品厚度被压缩到１／２时出现。基于以上假设，塑性应￣邋！！￡．—逡逑ｄｔ邋ｈ２邋ｊ邋ｈ邋ｄｔ逡逑变，／为时间，＾和加是样品初始半径和厚度，ｒ和是样

ｊ邋［逡逑Ｍ逡逑Ｌ邋２．５邋ｍｍ逦今％逡逑图１．６热敏成像记录的绝热剪切带逡逑为了研究癸二酸二辛酯（ＤＯＳ）粘结剂对ＲＤＸ变形、点火和撞击感度的影响，同逡逑时也为了确定这种混合炸药的点火机制，Ｂｌａｚｅｒ等人［１９］对添加不同比例ＤＯＳ的常规尺逡逑寸和超细ＲＤＸ颗粒开展了落锤撞击实验。超细颗粒尺寸小于１邋ｐｍ，常规颗粒尺寸为４００逡逑ｐｍ。采用光学显微镜、热敏成像仪以及高速摄像机对实验过程进行记录和分析。结果发逡逑现ＤＯＳ能够对ＲＤＸ颗粒起到降低感度的作用。在撞击加载下，ＤＯＳ能够形成毫米量逡逑级的块状纹理，如图１．７。作者指出，局部的绝热剪切带是主要的点火机制。逡逑■■■逡逑（ａ）邋ＲＤＸ／ＤＯＳ邋９８／２压制的薄片炸药逦（ｂ）传统的ＲＤ）（炸药逡逑图１．７撞击之后３６４邋ｐ氋速摄影图像逡逑６逡逑

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本文编号：2720746