传爆药烤燃响应特性的数值仿真及试验研究

摘要

烤燃试验(Cook-off test)是研究含能材料热安全性的重要方法，可以测定炸药、推进剂及传爆药等含能材料在较高温度下的反应情况。由于Cook-off试验能够对含能材料部件进行试验，试验条件更接近于武器弹药的使用条件，因此，用它来研究武器弹药中炸药的热安全性，得到的结论与实际情况更接近，对炸药使用过程中的热安全性分析和评价更具实际意义。
　　本文建立了传爆药烤燃模型，利用有限元程序LS-DYNA3D的非线性求解器对传爆药柱在烤燃过程中的热传导情况进行了数值模拟。针对单质炸药RDX进行了数值模拟计算，重点模拟研究了装药密度、空气区域位置及尺寸、升温速率、装药尺寸、隔热层材料对响应时间、响应温度及反应位置的影响，并得到其影响规律。
　　自主设计建立传爆药烤燃试验系统。其中烤燃弹药柱尺寸为Φ16*64mm，升温速率能达到60K/min，升温速率控制稳定。试验系统包括小型烤燃弹，电加热套，温度控制系统和爆炸防护系统。对试验系统进行调试,可以完成含能材料烤燃性能测试任务，能够满足试验要求。
　　使用传爆药烤燃试验系统，测试不同传爆药的反应温度，对其反应等级进行划分。对JO-9C炸药进行快慢速烤燃试验，研究其不同装药密度烤燃条件下烤燃响应特性。通过烤燃弹外壳的破坏情况进行分析，对其反应等级的判定进行优化。
　　通过烤燃试验数据与模拟试验数据的对比，验证模拟试验结果，对模拟过程中的公式及参数进行校正，最终得到较为完善的烤燃试验仿真系统，进行全面的烤燃性能测试，为含能材料烤燃试验研究提供参考。所建立的传爆药烤燃系统及方法，与其他含能材料热分析手段相比，其更加贴合实际，能够更好的为含能材料在热刺激下的安全性评估提供试验依据。