爆轟概念和應(yīng)用

1、 爆轟 概念和應(yīng)用DETONATIONCONCEPTS & APPLICATIONS孫承緯中國工程物理研究院流體物理研究所上海激光等離子體研究所2015.07.13-17爆炸與沖擊動力學(xué)高級研修班1講座提綱 ( THE OUTLINE OF LECTURE )爆轟的基本概念和理論基礎(chǔ)爆轟傳播和相互作用爆轟驅(qū)動及其應(yīng)用爆轟的數(shù)值模擬，產(chǎn)物物態(tài)方程，炸藥反應(yīng)速率炸藥的起爆和安全研究爆轟學(xué)科研究和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展2參 考 書 目李維新：一維不定常流與沖擊波， 國防工業(yè)出版社， 2003 孫承緯，衛(wèi)玉章，周之奎：應(yīng)用爆轟物理，國防工業(yè)出版社，2000 (俄).奧爾連科等著，孫承緯譯： 爆炸物理學(xué)（上，下

2、） 科學(xué)出版社，2011J. BOILEAU： APPROCHES MICROSCOPIQUE ET MACROSCOPIQUE DES DETONATIONS. J. Phys. Colloques48(1987) C4-99-C4-104B.W.Asay: Non-Shock Initiation of Explosives， Springer-Verlag , 20083爆轟的基本概念和理論基礎(chǔ)（提綱）爆轟模型，CJ 和 ZND 模型Rankine-Hugoniot 關(guān)系，Rayleigh 線和 Hugoniot線一維不定常流體動力學(xué)基礎(chǔ)，等熵流動方程組炸藥和爆轟產(chǎn)物的物性特征線，Rie

3、mann 不變量，簡單波中心稀疏波4爆炸和爆轟爆炸（Explosion) 在極短時間內(nèi)，物質(zhì)或系統(tǒng)的能量從一種形式向另一種或幾種形式劇烈轉(zhuǎn)化，并伴有強(qiáng)烈機(jī)械效應(yīng)的過程。含能材料爆炸是化學(xué)能向機(jī)械能、熱能等的劇烈轉(zhuǎn)化，爆炸時生成大量高溫高壓氣體產(chǎn)物，急劇膨脹并對周圍介質(zhì)作功。爆轟 (Detonation) 進(jìn)程最快速、效應(yīng)最強(qiáng)烈的一種炸藥釋能形式，其反應(yīng)區(qū)推進(jìn)速度大于未反應(yīng)物質(zhì)中的聲速。 5爆轟研究內(nèi)容 爆轟的引發(fā) （炸藥起爆機(jī)理、爆轟的建立） 爆轟模型,爆轟波傳播及相互作用 爆轟的效應(yīng)（炸藥爆轟性能、爆轟產(chǎn)物作功） 炸藥爆轟產(chǎn)物彈殼雷管6爆轟物理研究內(nèi)容的細(xì)節(jié)7沖擊動力學(xué)研究內(nèi)容8爆轟模型CJ

4、模型 (Chapman-Jouget) ZND模型 (Zeldovich-Neumann-Dling)9爆轟模型(續(xù))CJ模型假定炸藥通過無厚度的爆轟波陣面后瞬時完成化學(xué)反應(yīng)，放出能量。爆轟產(chǎn)物相對于波陣面的速度等于當(dāng)?shù)芈曀伲ＷC了爆轟波的自持傳播，波陣面后對應(yīng)的物理參數(shù)稱為CJ狀態(tài)參數(shù)。ZND模型假定爆轟波陣面為一個惰性的沖擊波，沖擊壓縮炸藥，引發(fā)其化學(xué)反應(yīng)，隨之在陣面后反應(yīng)區(qū)內(nèi)釋放能量，完成反應(yīng)，變?yōu)楸Z產(chǎn)物。反應(yīng)完成處爆轟產(chǎn)物相對于波陣面的速度等于當(dāng)?shù)芈曀佟?0蘭金-雨貢紐關(guān)系(Rankine-Hugoniot)上、下游兩個控制面之間應(yīng)滿足的力學(xué)守恒關(guān)系（質(zhì)量、動量和能量守恒）下面將記比

5、容 為密度 的倒數(shù) 11Rayleigh線和Hugoniot線 根據(jù)質(zhì)量守恒與動量守恒，可導(dǎo)出狀態(tài)連續(xù)變化應(yīng)滿足的Rayleigh線關(guān)系 根據(jù)能量守恒，對于等熵指數(shù)為 的完全氣體物態(tài)方程，爆轟的反應(yīng)熱為Q，炸藥至爆轟產(chǎn)物的躍變應(yīng)滿足 Hugoniot線關(guān)系 12一維不定常流體動力學(xué)基礎(chǔ) （等熵流動基本方程組）Euler坐標(biāo)系，幾何指數(shù) N = 0,1,2 分別表示平面、柱面和球面情形 物態(tài)方程 反應(yīng)速率 隨體時間導(dǎo)數(shù) 13特征線和特征關(guān)系 存在兩個特殊的方向 ，可使基本方程組化約為常微分方程組，這也就是聲學(xué)擾動向前、后方向傳播的方向，稱為特征方向，該方向場的積分曲線就是兩族特征線： 沿著特征方

6、向，基本方程組即特征關(guān)系的形式是 14Riemann不變量 在平面（N0）、無反應(yīng)（const.)流動中， 特征關(guān)系右部為零，得到分別在兩個特征曲線上守常的兩個不變量、，稱為Riemann不變量： 上式后面的形式是等熵指數(shù)為 的完全氣體的情形15簡單波 根據(jù)特征關(guān)系，得到 3 時基本方程組的通解： 任意函數(shù) f 和 g 應(yīng)根據(jù)問題的初始條件和邊界條件確定； 一般 的情形，基本方程組有兩種特解，分別對應(yīng)于Riemann不變量 或 等于常數(shù)的情形，稱之為 右行或左行的簡單波： 或者 3 的通解對應(yīng)于互不影響的兩族直特征線，簡單波對應(yīng)于一族直特征線。16特征線和簡單波的理論應(yīng)用一維不定常流動的特征線

7、數(shù)值方法特征關(guān)系式的數(shù)值計(jì)算二維定?？蓧嚎s流動的簡單波理論一維簡單波理論在爆轟解析研究中的應(yīng)用 一維自相似流動爆轟驅(qū)動沖擊波或稀疏波的反射17中心稀疏波以右行簡單波為例，其起始點(diǎn)是一個間斷點(diǎn)（r=0、t=0處粒子速度u或聲速c是不確定的，則簡單波解中待定函數(shù)f=0，得到的解稱為中心稀疏波：同理也有左行的中心稀疏波： tro18壓力氣體的自由出流稀疏波頭到達(dá)固壁之前， 左行稀疏波流動稀疏波從固壁反射后， 兩波相互作用流場， 3 情形有簡單形式的解 （鏡像反射法）p, c壓力氣體ol-lrt19爆轟傳播和相互作用DETONATION PROPAGATION INTERACTIONS 20爆轟傳播和

8、相互作用研究 研究炸藥或爆炸物系統(tǒng)中爆轟波建立之后， 爆轟波陣面及反應(yīng)區(qū)的運(yùn)動規(guī)律； 反應(yīng)區(qū)后方爆轟產(chǎn)物的流場分布； 爆轟波及反應(yīng)區(qū)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性； 爆轟波之間、爆轟波與惰性介質(zhì)之間的 相互作用； 21爆轟傳播和相互作用（提綱）一維CJ爆轟波的傳播，Taylor波柱、球面對稱CJ爆轟波的傳播二維CJ爆轟波的傳播幾何光學(xué)類比， 炸藥平面波發(fā)生器的設(shè)計(jì)曲面爆轟波的傳播，直徑效應(yīng)和曲率效應(yīng)爆轟沖擊波動力學(xué)(DSD)，廣義幾何光學(xué)模型DSD用于二維爆轟傳播、起爆和傳爆問題的算例爆轟傳播研究的等位面(LS)方法22一維CJ爆轟波的傳播 用Riemann不變量、 表示的一維自相似流動方程組： N = 0、

9、1、2 分別對應(yīng)于平面、柱和球?qū)ΨQ流動情況；自相似坐標(biāo)（自變量）： 符合自相似流動的條件確定定解問題的量綱獨(dú)立的物理常數(shù)不超過兩個，例如散心爆轟波、點(diǎn)爆炸波等 23泰勒波（Taylor wave)平面爆轟波后完全爆轟產(chǎn)物等熵流動（N0）的解析解起爆面后方自由情形， 飛散產(chǎn)物的逃逸速度為 起爆面后方存在活塞的情形， 流場分為稀疏波區(qū)和均勻區(qū)ru, cocu24泰勒波的簡單波表示爆轟波陣面緊跟著一個以起爆點(diǎn)為原點(diǎn)的右行中心稀疏波有驅(qū)動活塞的情形強(qiáng)爆轟波的產(chǎn)生rot爆轟波陣面活塞跡線中心稀疏波后向飛散沿25柱、球面對稱CJ爆轟波的傳播 自相似流動的相平面分析 散心爆轟波 擬簡單波 聚心爆轟波的分析2

10、6二維CJ爆轟波的傳播 幾何光學(xué)類比 均勻炸藥塊體組合、爆速各向同性； Huygens 原理和 Fermat 原理 t 時刻的爆轟波陣面形狀，即程函 F(x,y,z) = t , 程函方程 Fermat 原理（最短光程原理）： 27炸藥平面波發(fā)生器的設(shè)計(jì) （炸藥透鏡） 爆轟沖擊波動力學(xué)（DSD）計(jì)算的炸藥透鏡中爆轟波的傳播過程炸藥透鏡的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)28曲面爆轟波傳播的基本理論問題 曲面爆轟波反應(yīng)區(qū)的結(jié)構(gòu)和流場，反應(yīng)區(qū)及產(chǎn)物流動的自相似性一般不再成立 直徑效應(yīng)細(xì)長炸藥中縱向定常爆速與裝藥橫向尺度有關(guān)的現(xiàn)象曲率效應(yīng)爆轟波陣面法向速度與當(dāng)?shù)仃嚸媲拾霃接嘘P(guān)現(xiàn)象 29直徑效應(yīng)（Eyring 和 Camp

11、bell 等的實(shí)驗(yàn)工作） 為擬合系數(shù)D/km/s30 鈍感炸藥(JB-9014)直徑效應(yīng)研究 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 不同直徑樣品實(shí)驗(yàn)光測端面波形31JB-9014炸藥低溫直徑效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光測波形d=9.96 mm d=12.46 mm d=14.95 mm d=29.94 mm實(shí) 驗(yàn) 布 局32曲率效應(yīng) (Steward 和 Bdzil 的理論工作）非線性漸近分析理論結(jié)論和圓桿實(shí)驗(yàn)的事實(shí)爆轟波陣面的法向速度是其當(dāng)?shù)仄骄拾霃降暮瘮?shù) 。因此，波陣面形狀的計(jì)算可與其后方的產(chǎn)物流場解耦，得到爆轟沖擊波動力學(xué)的理論。爆轟模擬系統(tǒng)的理論結(jié)果 常用的經(jīng)驗(yàn)形式 各擬合系數(shù)可能是炸藥柱尺寸、溫度的函數(shù) 33波形曲線和

12、曲率效應(yīng)關(guān)系擬合結(jié)果DCJ=7.7770 mm/s，f=0.5564，A=0.1313，B=0.3551，C=13.4892，=0.5360，=0.6078，=0.8975 34爆轟沖擊波動力學(xué) （Detonation Shock Dynamics, DSD ） J.Bdzil 導(dǎo)出的DSD方程 這是Burgers型的一維輸運(yùn)方程， 是波陣面形狀函數(shù)，系數(shù) B 為沿波陣面的橫波速度, 是輸運(yùn)項(xiàng)。 因邊點(diǎn)處陣面法向與邊界不一致引起的弧長變化率, 反映了橫波影響。S :沿陣面的弧長。 DSD 方法的關(guān)鍵問題之一 波陣面的邊界條件 由聲速條件導(dǎo)出邊點(diǎn)處波陣面方向與邊界的夾角 應(yīng)滿足 35爆轟沖擊波動

13、力學(xué) （續(xù)）（Detonation Shock Dynamics, DSD ）Bdzil 理論的圖示36廣義幾何光學(xué)模型 （Generalized Geometric Optics, GGO） Huygens原理的修正：非均勻各向同性介質(zhì)，小波包傳播的當(dāng)?shù)厮俣?是按曲率效應(yīng)關(guān)系，由波陣面的當(dāng)?shù)厍?確定的。因此，可用幾何方法計(jì)算各時刻的波陣面形狀，得到比較簡單的計(jì)算編碼。爆轟波陣面的發(fā)展方程兩步反應(yīng)模型確定爆轟波陣面的邊界角。 37二維爆轟波陣面形狀變化的計(jì)算（“洋蔥皮”實(shí)驗(yàn)） 38二維爆轟波陣面形狀變化的計(jì)算 （爆轟波沿圓弧的繞射） 39二維爆轟波陣面形狀變化的計(jì)算 （圓桿藥柱中的擬定常二維

14、爆轟波） 40二維爆轟波陣面形狀變化的計(jì)算（DSD方法用于起爆、傳爆問題的計(jì)算） 41 爆轟傳播研究的等位面(LS)方法 (Level Set, LS)考慮比波陣面更高一維的流形場函數(shù) (x,y,z;t) , =0 表示 t 時刻的波陣面形狀。 = const. 構(gòu)成該函數(shù)的等位集合或等位面族，它們所滿足的方程是 相對于時間的“隨體”導(dǎo)數(shù)為零。每個波陣面點(diǎn)的運(yùn)動速度是法向爆速 ，由此得到確定 的方程式是LS的優(yōu)點(diǎn)是物理意義清楚，編碼邏輯簡單，可用于高維計(jì)算 LS方法的難點(diǎn) 邊界條件、波相互作用、多連通區(qū)域、復(fù)雜曲率效應(yīng)關(guān)系、大存儲量42LS方法計(jì)算爆轟傳播的算例 等位面函數(shù) 多點(diǎn)起爆 43爆轟

15、傳播計(jì)算與流體動力學(xué)計(jì)算的耦合 鈍感炸藥中爆轟傳播和產(chǎn)物物態(tài)方程的研究 高階DSD理論及其LS方法的實(shí)現(xiàn) 海軍炸藥和銨油炸藥的實(shí)驗(yàn)爆轟傳播和流體力學(xué)計(jì)算的耦合 DSD理論的邊界條件以及與流體力學(xué)編碼的耦合 “DSD+EOS”一套計(jì)算參數(shù)的目標(biāo)Benchmark 的建立 大板實(shí)驗(yàn)(Big Plate)及其數(shù)值模擬44爆轟驅(qū)動及其應(yīng)用DETONATION ACCELERATION RELATED APPLICATIONS 45爆轟驅(qū)動及其應(yīng)用一維平板爆轟驅(qū)動模型，Gurney模型平面波透鏡-主藥柱驅(qū)動平板的計(jì)算不可壓縮柱、球殼體的爆轟驅(qū)動爆轟驅(qū)動的數(shù)值模擬多級炸藥強(qiáng)爆轟驅(qū)動裝置研究46一維爆轟驅(qū)動

16、的Gurney模型Gurney模型認(rèn)為一維爆轟產(chǎn)物膨脹到一定程度后可近似看成為密度均勻、粒子速度成線性分布的氣體，應(yīng)用動量和能量守恒就可確定產(chǎn)物所驅(qū)動飛片（殼體）的法向速度。Gurney模型可以預(yù)估簡單幾何結(jié)構(gòu)的爆炸裝置中飛片的最大速度，使用經(jīng)過實(shí)驗(yàn)定標(biāo)的參數(shù)，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測量值的相對偏差在10% 以內(nèi)。平板情形柱、球殼情形ug ：Gurney 速度（炸藥經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）47一維平板爆轟驅(qū)動的解(=3)爆轟產(chǎn)物流場飛片背面處產(chǎn)物聲速c1的方程飛片運(yùn)動規(guī)律為這里48一維爆轟驅(qū)動模型的比較雙向驅(qū)動平面飛片的極限速度 雙向驅(qū)動平面飛片的速度歷程 49平面波透鏡-主藥柱驅(qū)動平板的計(jì)算傳爆藥柱平面波炸藥透鏡

17、主藥柱裝置可以看作為平面一維爆轟的復(fù)合裝藥。更一般的由炸藥、飛片和間隙組成的裝置稱為組合裝藥，其爆轟驅(qū)動由多種過程構(gòu)成，如炸藥通過間隙對飛片的驅(qū)動、炸藥/飛片多級組合驅(qū)動等，都可以依據(jù)爆轟理論作近似計(jì)算。 直徑20厘米炸藥透鏡及主藥柱系統(tǒng)驅(qū)動金屬飛片的結(jié)果 50爆轟驅(qū)動的一維數(shù)值模擬100炸藥透鏡等價為10mm厚JO-9159藥柱的一維驅(qū)動計(jì)算H=10mmJB-9014JOB-900351不可壓縮柱、球殼體的爆轟驅(qū)動假設(shè)殼體材料不可壓縮，密度不隨時間變化，柱、球坐標(biāo)中的連續(xù)性方程給出通解為 柱殼（N = 1）： 球殼（N = 2）： 52柱、球殼體爆轟驅(qū)動的計(jì)算PBX9404炸藥球驅(qū)動鋁球殼的

18、運(yùn)動 瞬時、散心爆轟驅(qū)動柱殼運(yùn)動的比較 53R：0 、10 、20 、40 、80 mm 點(diǎn)爆發(fā)散爆轟驅(qū)動大板時，鈍感炸藥JB-9014的做功能力約為JOB-9003炸藥的69%。JOB-9003炸藥驅(qū)動大板速度-時間曲線JB-9014炸藥驅(qū)動大板速度-時間曲線點(diǎn)爆發(fā)散爆轟驅(qū)動平板飛片研究 （大 板 實(shí) 驗(yàn)）54爆轟驅(qū)動的二維數(shù)值模擬鈍感炸藥大板試驗(yàn)炸藥裝藥：20025mm JB-9014鋼蓋板：2006.5mm，銅飛片： 1961mm R = 0 mmR = 10 mmR = 20, 40, 80 mm55多級爆轟驅(qū)動超高速飛片實(shí)驗(yàn)研究次級炸藥中的壓力分布（計(jì)算）三級鉬飛片的速度和平面度9.

19、6km/s實(shí) 驗(yàn) 裝 置計(jì) 算 和 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 56二級輕氣炮與炸藥強(qiáng)爆轟組合驅(qū)動 0.2 mm厚鋼飛片速度接近10 km/s氣炮驅(qū)動一級飛片速度為6.09 km/s，強(qiáng)爆轟驅(qū)動二級飛片在0.54 s內(nèi)加速到8.60 km/s（實(shí)測值），此時飛片飛行距離為3.82 mm。計(jì)算表明，飛片飛行16 mm時最大速度可達(dá)9.5 km/s。預(yù)估0.2 mm厚度的鋼飛片或鉭飛片速度均能超過10 km/s。57爆轟的數(shù)值模擬NUMERICAL MODELING OF DETONATION， EOS OF PRODUCTS REACTION RATE 58爆轟的數(shù)值模擬反應(yīng)流動方程組爆轟數(shù)值模擬計(jì)算編碼未

20、反應(yīng)炸藥和完全爆轟產(chǎn)物的物態(tài)方程炸藥的反應(yīng)速率沖擊起爆的計(jì)算拐角效應(yīng)的計(jì)算59一維不定常流體動力學(xué)基礎(chǔ) （等熵流動方程組）Euler坐標(biāo)系，幾何指數(shù) N = 0,1,2 分別表示平面、柱面和球面情形 物態(tài)方程 反應(yīng)速率 隨體時間導(dǎo)數(shù) 60反應(yīng)流體動力學(xué)方程組 爆轟反應(yīng)流動的大致圖象：一個無反應(yīng)無厚度的沖擊間斷面，后 面 跟著一個速率有限、厚度不為零的反應(yīng)區(qū)，再后面是完全反應(yīng)的熱 力學(xué)平衡的產(chǎn)物流動區(qū)l; 如何處理反應(yīng)區(qū)的流動？需要引入反應(yīng)流體動力學(xué)計(jì)算； 為了描述反應(yīng)過程，引入一個熱力學(xué)量反應(yīng)度 ，反應(yīng)過程 中間反應(yīng)產(chǎn)物的物態(tài)方程可設(shè)為 反應(yīng)速率方程 中間產(chǎn)物的物態(tài)方程和平衡條件61爆轟的數(shù)值

21、模擬 近代爆轟的理論研究主要依靠數(shù)值模擬，這里包括無反應(yīng)流動和反應(yīng)流動兩大類問題。前者可使用一般的氣體動力學(xué)計(jì)算編碼，只需引入被稱為“點(diǎn)火函數(shù)”的人為邏輯條件，使符合條件的炸藥格點(diǎn)在爆轟波陣面掠過時即轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆腃J爆轟產(chǎn)物 。爆轟波陣面本身的運(yùn)動也可按爆轟傳播方法單獨(dú)計(jì)算。 爆轟的數(shù)值模擬主要指反應(yīng)流動計(jì)算，目前大多使用以反應(yīng)速率為內(nèi)變量的二相流動方法。Mader的專著“爆轟的數(shù)值模擬” 系統(tǒng)地歸納了這方面的工作，并介紹了幾個典型的反應(yīng)流動計(jì)算編碼 。唐貴勇 把有限元流體動力學(xué)編碼DYNA2D，改造用于爆轟計(jì)算。我們在Mader工作的基礎(chǔ)上，編制了功能更為擴(kuò)展的反應(yīng)流動編碼 SSS（一維）和

22、 WSU（二維），已有成效地用于各種爆轟問題的計(jì)算 。 反應(yīng)流動計(jì)算除了共同性的流體力學(xué)編碼外，還要提供炸藥和爆轟產(chǎn)物的物態(tài)方程、炸藥的反應(yīng)速率函數(shù)（或方程），構(gòu)成爆轟理論和實(shí)驗(yàn)研究的重要部分。62 炸藥和爆轟產(chǎn)物的物性炸藥、中間爆轟產(chǎn)物和完全爆轟產(chǎn)物的力學(xué)物態(tài)方程 （Equation of State, EOS) 經(jīng)驗(yàn)型： 律 ， JWL，Davis， 物理型：BKW(HOM)，LJD，JCZ， 微觀研究：統(tǒng)計(jì)物理，量子化學(xué)，分子動力學(xué)，反應(yīng)速率 化學(xué)動力學(xué)：Arrhenius律， 經(jīng)驗(yàn)型：Forest Fire，二項(xiàng)式，三項(xiàng)式，JTF，CREST， 細(xì)觀模型：細(xì)觀熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，元胞模型，直徑效

23、應(yīng)和曲率效應(yīng)相關(guān)系數(shù) 63含能材料的準(zhǔn)等熵壓縮實(shí)驗(yàn) 開展了JO-9159、JOB-9003、JB-9014等炸藥及其組份的準(zhǔn)等熵壓縮加載實(shí)驗(yàn)，將未反應(yīng)炸藥的加載壓力拓展到了18GPa的寬區(qū)。不同厚度樣品自由面速度曲線未反應(yīng)炸藥的實(shí)驗(yàn)等熵線 64幾種炸藥爆轟產(chǎn)物JWL物態(tài)方程 65CREST反應(yīng)速率 英國AWE的Handley提出的雙反應(yīng)道模型CREST, 成功地用于對多種實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬（如POP圖和沖擊起爆壓力波形），其新的特點(diǎn)是用熵代替壓力作為主要的自變量, 下式中Zs是未反應(yīng)炸藥的熵函數(shù)，可以用有限應(yīng)變物態(tài)方程計(jì)算；PBX-950266CREST計(jì)算直徑效應(yīng)和曲率效應(yīng) （PBX-9502炸

24、藥）67CREST模型用于爆轟傳播計(jì)算拐角效應(yīng)68拐角效應(yīng)的計(jì)算(corner turning) 小面積起爆炸藥時，爆轟波主要朝起爆方向前進(jìn)，然后才側(cè)向擴(kuò)展。這類拐角效應(yīng)現(xiàn)象的特征是爆轟傳播沿起爆方向上的速度明顯大于沿側(cè)向的速度，幾何光學(xué)原理不適用，傳播是非理想的，不能完全歸結(jié)于波陣面曲率對爆速的影響，還存在著不爆轟區(qū)。 69帶尾翼射彈形成過程的三維數(shù)值模擬70炸 藥 的 起 爆INITIATION OF DETONATIONIN EXPLOSIVES71炸藥起爆研究（提綱）炸藥起爆研究的內(nèi)容和方法炸藥的沖擊起爆（SDT）烤燃試驗(yàn)（Cook Off )環(huán)壓加載的剪壓實(shí)驗(yàn)（SC Test ）Ta

25、ylor 柱實(shí)驗(yàn)射彈撞擊實(shí)驗(yàn)（Steven Test）非均勻體系的三維數(shù)值模擬 燃爆轉(zhuǎn)變（DDT）和滯后爆轟轉(zhuǎn)變（XDT）72炸藥(含能材料)起爆研究內(nèi)容與炸藥反應(yīng)性質(zhì)有關(guān)的研究 沖擊起爆(SDT)、燃爆轉(zhuǎn)變(DDT)、滯后爆轟(XDT)與起爆器件研制有關(guān)的研究 沖擊起爆(SDT)、激光起爆、燃爆轉(zhuǎn)變（DDT）與生產(chǎn)、操作等技安問題有關(guān)的研究 熱起爆、低強(qiáng)度刺激起爆、與事故情況下爆炸安全有關(guān)的研究 烤燃試驗(yàn)(cook off)、燃爆轉(zhuǎn)變(DDT)、滯后爆轟(XDT)與新型戰(zhàn)斗部研制有關(guān)的研究 剪壓試驗(yàn)(SC)、長脈沖加載試驗(yàn)、實(shí)彈模型試驗(yàn)73含能材料反應(yīng)和爆炸的研究環(huán)節(jié)74反應(yīng)和起爆問題研究的

26、困難 時空多尺度（微秒小時，微米米）； 高度非均勻系統(tǒng)（缺陷，損傷，雜質(zhì)，摻合物 ); 多維效應(yīng)（很難把一維結(jié)果用于二、三維情況）； 對邊界條件和載荷性質(zhì)的高度敏感； 亞聲速至超聲速轉(zhuǎn)變，多種因素耦合過程； 含能材料動力學(xué)性質(zhì)的重要性（包括變形、損傷、斷裂）； 極少量化學(xué)反應(yīng)可左右大系統(tǒng)行為取向（高度非線性、 概率性、混沌系統(tǒng)？）75能做成的事相當(dāng)有限76沖擊-爆轟轉(zhuǎn)變研究（SDT） 定義：含能材料在沖擊壓縮脈沖加載下，經(jīng)過很短時間 （小于若干微秒）即形成正?；蜻^壓爆轟的轉(zhuǎn)變過程； 原始概念：起爆閾值、起爆判據(jù)； 實(shí)驗(yàn)研究：隔板試驗(yàn) Go / No Go; 楔形塊實(shí)驗(yàn) POP 圖； 理論研究：

27、反應(yīng)沖擊波唯一增長曲線 只依賴于壓力的 一階反應(yīng)速率 （Forest Fire）； 固體炸藥爆轟波結(jié)構(gòu)研究 壓力、濃度相關(guān)的二項(xiàng)、三項(xiàng)式反應(yīng)速率 （Tarver) 新型反應(yīng)速率研究（JTF，CREST，DSD）; 數(shù)值方法：反應(yīng)流體動力學(xué)編碼 有限差分、有限元。77研究沖擊起爆的實(shí)驗(yàn)方法 平板撞擊起爆試驗(yàn) 大尺寸隔板試驗(yàn) 電炮驅(qū)動飛片起爆試驗(yàn) 78隔板試驗(yàn)（長脈沖沖擊起爆） 炸藥起爆的反應(yīng)閾值和爆轟閾值 79炸藥(短脈沖)沖擊起爆的判據(jù)平板撞擊試驗(yàn)的樣品炸藥中入射沖擊波具有可控制的矩形剖面和幅度，適合定量研究沖擊起爆的臨界能量判據(jù)相當(dāng)于 平面一維短脈沖沖擊起爆的判據(jù) 一般可表示為 炸藥沖擊起爆

28、的臨界能量分界線 這里 n = 1.75 2.2 ，常數(shù) S 與 炸藥性質(zhì)、溫度、飛片直徑、加載歷史等因素有關(guān) 80均勻和非均勻炸藥的沖擊起爆 均勻炸藥 非均勻炸藥 81均勻炸藥和非均勻炸藥沖擊起爆中壓力剖面的變化 均勻炸藥 非均勻炸藥 (a) 高壓力、低密度、粗顆粒 (b) 低壓力、高密度、細(xì)顆粒 82楔形藥塊實(shí)驗(yàn)和 POP 圖 楔形藥塊實(shí)驗(yàn) 典型炸藥的POP圖 1.PBX9502, 2.Comp.B, 3.JOB9003 4.PBX9404, 5.PETN(高密度),6.PETN(低密度) 83高溫環(huán)境中炸藥的沖擊起爆 84高溫環(huán)境中炸藥的沖擊起爆(續(xù)) 85熱和撞擊加載下含能材料的 損傷

29、與點(diǎn)火（基準(zhǔn)試驗(yàn)方式）烤燃實(shí)驗(yàn)（cook off） 電加熱圓柱形樣品的熱爆炸試驗(yàn)損傷試驗(yàn)（damage） Hopkinson 桿試驗(yàn)(SHPB) 新型的壓剪試驗(yàn) 巴西圓片（Brazilian）試驗(yàn)撞擊實(shí)驗(yàn)（impact) Susan 試驗(yàn) Taylor 柱試驗(yàn) Steven 試驗(yàn)86烤燃試驗(yàn)(Cook Off)裝置 Los Alamos Sandia87烤燃試驗(yàn)(Cook Off)三維計(jì)算88烤燃試驗(yàn)(Cook Off)結(jié)果 89鉆地彈頭中炸藥的安定性研究 90SHPB實(shí)驗(yàn)與炸藥的粘彈性本構(gòu) 91環(huán)壓加載的剪壓試驗(yàn)裝置 92環(huán)壓加載的剪壓試驗(yàn)結(jié)果 93環(huán)壓加載剪壓試驗(yàn)的數(shù)值模擬94撞擊摩擦試驗(yàn)

30、 95Taylor柱實(shí)驗(yàn)裝置 96Taylor柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果 97準(zhǔn)等熵加載下炸藥及其組份的動力學(xué)行為研究（JO-9159）開展了JO-9159炸藥及其組份單晶HMX、粘結(jié)劑氟橡膠F2311的準(zhǔn)等熵壓縮實(shí)驗(yàn)及其狀態(tài)方程研究。 獲得了18GPa壓力范圍內(nèi)未反應(yīng)炸藥JO-9159的準(zhǔn)等熵壓縮線和狀態(tài)方程參數(shù)，為炸藥的動力學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型參數(shù)。Shot NoSample thickness/mmSample diameter/mmVoltage/kV110700.8690.9731.333210750.9251.2431.472310800.7600.9391.07595%wt 的HMX和5%wt的粘結(jié)劑和鈍感劑。炸藥樣品壓制密度在1.847-1.850g/cm3之間。98厘米尺寸單晶，獲得了-HMX(011)面的物態(tài)方程參數(shù)對應(yīng)面與LiF窗口界面的彈塑性轉(zhuǎn)變點(diǎn)速度為67m/s,原位粒子速度為97m/s，與文獻(xiàn)結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)處，速度存在下拐特性。 獲得了HMX（011）的聲速曲線和P-V曲線，HM