炸药爆轰产物参数的特征线差分反演方法研究

发布时间：2017-12-06 09:28

  本文关键词：炸药爆轰产物参数的特征线差分反演方法研究

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【摘要】：炸药爆轰产物状态方程是描述爆轰产物压力、密度和温度(内能)之间关系的方程,该方程与基本控制方程联立构成求解流体问题的闭合方程组。炸药爆轰后,生成的爆轰产物发生等熵膨胀,爆轰产物参数用等熵卸载关系描述,该等熵卸载关系是由状态方程和热力学等熵方程导出的。因此,对爆轰产物参数(爆轰产物状态方程及方程系数)的研究是非常重要的。确定爆轰产物状态方程系数的方法有很多,但大多数适用于测量理想炸药,例如用标准圆筒试验确定JWL状态方程系数；对于非理想炸药,由于炸药爆轰参数受药径尺寸、添加物和炸药颗粒度等诸多因素影响,爆轰参数会发生改变,因此常用的确定状态方程系数的方法是不适用的。本文提出一种基于改进特征线法的炸药爆轰产物物理参数的反演方法,该方法包含了实验测量和数值反演两部分内容,可以对炸药爆轰产物在等熵膨胀过程中的压力、密度和声速等物理参数之间的关系进行求解。本文的具体工作如下：(1)提出一种改进连续电阻探针,并利用该探针对爆轰波和水中冲击波进行了联合测量。首先对测量爆速的商用连续电阻探针在工作时容易出现的杂波干扰问题进行分析,并有针对性地对探针进行改进,改进后的连续电阻探针在内部结构和工作原理上均发生了变化,它不仅可以依赖爆轰波上的电离层导通工作,还可以在外界压力作用下导通工作,因此改进连续电阻探针即可以测量爆轰波还可以测量介质中的冲击波。应用改进连续电阻探针对爆轰波和水中冲击波进行联合测量,改进连续电阻探针具有较强的抗杂波干扰能力。本文还提出了利用改进连续电阻探针测量水中斜冲击波计算炸药爆压的方法。(2)提出了改进特征线方法,并将该方法用于球形装药一维水下爆炸问题的求解。改进特征线法在相容方程中引入了沿质点迹线的熵变项,因此该方法可以处理非均熵问题,并特别适用于处理沿质点迹线的等熵问题,例如水下爆炸问题。使用改进特征线法求解冲击间断问题只要将特征线方程与雨果尼奥冲击关系联立,而不需要引入人工粘性项,因此冲击波的求解结果更客观符合物理实质。本文使用改进特征线方法对球形装药一维水下爆炸问题进行数值求解,计算结果与实验数据相符,比较结果验证了改进特征线法的可靠性和准确性。此外本文还对各种表达形式不同的水状态方程进行了分析和比较,筛选出了适用于计算水下爆炸问题的水状态方程及方程系数,并根据状态方程中γ项对声速的影响,推导了一个判定水状态方程系数选取范围的关系式(3)提出炸药爆轰产物物理参数的特征线差分反演方法。该反演方法是建立在球形装药一维水下爆炸模型上的,综合采用改进特征线方法,自相似理论解和参数优化方法,将水中冲击波参数作为已知条件,反演爆轰产物的压力、密度和声速之间的变化关系。爆轰产物参数的反演过程分成两个部分：第一部分是利用改进特征线法和逆序差分格式,将水中冲击波参数作为已知条件,逆序求解水气界面时空位置及界面参数的变化；第二部分是对爆轰产物内部求解,将第一部分水气界面的时空位置和界面压力等逆序求解结果作为已知条件,综合改进特征线方法、自相似理论解和参数优化方法,反演爆轰产物等熵膨胀过程中的压力、密度和声速之间的变化关系。应用该反演方法对多种炸药的爆轰产物物理参数进行反演求解,反演的爆轰产物压力、密度和声速在中高压力区域具有较好的精度,反演结果证明本文提出的爆轰产物参数反演方法是可行性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O38
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本文编号：1258125