爆炸能量输出特性及爆炸波与目标作用的研究

摘要

本文从实验、理论分析和数值模拟三方面分析了理想炸药 TNT、钝化RDX和非理想含铝炸药在水中、密闭空间中和空中的爆炸能量输出特性，得到了爆炸容器、目标靶板等典型目标在内部爆炸载荷、空中爆炸载荷和接触爆炸载荷作用下的动力响应规律。 对TNT、钝化RDX、含铝炸药(RAl-1和RSAl)等不同类型的炸药在爆炸水池中的能量输出特性进行了实验研究。结果表明含铝炸药RAl-1和RSAl的水下冲击波衰减比理想炸药TNT、钝化RDX缓慢，比冲击波能、气泡脉动周期和比气泡能要高于TNT和钝化RDX。 在爆炸容器中研究了 TNT、钝化RDX、含铝炸药RAl-1和RAl-2 等不同炸药作用下的爆炸载荷特性。对平板封头、壳体中环面轴向和坏向在爆炸载荷作用下的频谱特征进行了分析，得到平板封头和壳体的振动模式。对不同炸药作用下容器的振动频谱和应变响应进行了分析，得到爆炸载荷特征和容器动力响应之间的关系。采用二阶精度的TVD差分格式数值模拟了密闭容器在内部爆炸载荷作用下的爆炸流场，得到了容器内壁面上爆炸载荷的分布规律和压力-时间的变化关系。运用有限元程序进行模拟，得到爆炸载荷作用下容器的动力响应规律。 进行了TNT、钝化RDX和含铝炸药RAl-1的静爆实验，得到作用在目标靶板上空中爆炸载荷的超压和冲量。以实测钝化RDX和RAl-1 的超压曲线作为初始参数，数值模拟了目标靶板在爆炸载荷作用下的动力响应。分析了爆炸载荷特征和目标靶板动力响应之间的关系。 利用光纤探针测试技术，实验测量钝化RDX和含铝炸药RHTL 分别与钢板、铝板、钢一铝板、铝．钢板四种靶板接触爆炸条件下，靶板中不同位置的冲击波到达时间。根据材料的雨果尼奥关系，得到了钝化RDX和RHTL作用下，钢板、铝板和钢铝复合板中冲击波衰减规律。数值模拟了钝化RDX和不同靶板接触爆炸的全过程，结果表明如果炸药的爆轰参数和状态方程参数选取准确，可以预测目标靶板中冲击波的传播规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究概况

1.2.1含铝炸药能量输出特性的研究

1.2.2爆炸载荷对典型目标作用的研究

1.3本论文的主要研究工作

2不同炸药水中能量输出特性研究

2.1引言

2.2水中爆炸能量的理论计算

2.2.1比冲击波能的理论计算

2.2.2比气泡能的理论计算

2.2.3炸药输出总能量的理论计算

2.3实验测试系统

2.4不同爆源水中爆炸的能量结构测试

2.5本章小结

3内部爆炸载荷对容器作用的研究

3.1引言

3.2容器内部爆炸的实验研究

3.2.1实验装置和测试系统

3.2.2不同炸药的能量输出特性

3.2.3爆炸载荷作用下容器的动力响应

3.3容器内部爆炸的数值模拟

3.3.1内部爆炸流场的数值模拟

3.3.2爆炸载荷作用下容器动力响应的有限元分析

3.4本章小结

4空中爆炸载荷对目标作用研究

4.1引言

4.2空中爆炸载荷的实验研究

4.2.1实验装置

4.2.2测试系统

4.2.3爆炸载荷的评价方法

4.2.4钝化RDX和RAl-1的空中爆炸载荷特性研究

4.3目标在爆炸载荷作用下动力响应的数值分析

4.3.1数学模型

4.3.2验证算例

4.3.3钝化RDX和RAl-1对目标作用的数值分析

4.3.4爆炸载荷与目标响应的数值研究

4.4本章小结

5炸药接触爆炸下金属板中冲击波衰减规律的研究

5.1引言

5.2实验研究

5.2.1实验装置和测试系统

5.2.2实验结果

5.3炸药对金属板接触爆炸作用的数值模拟

5.3.1计算模型和单元划分

5.3.2炸药的状态方程

5.3.3靶板材料的本构参数

5.3.4数值计算结果

5.4本章小结

附表

6结论

6.1本文的主要内容与结论

6.2本文的主要特色和创新

6.3问题与展望

致 谢

参考文献

作者攻读博士学位期间发表的学术论文和参与的科研项目