聚能射孔压力脉动及射孔段套管动力强度安全性分析

摘要

聚能射孔弹爆轰后产生的高温高压高速射流侵彻射孔枪和套管，同时产生的冲击波会使射孔液剧烈波动，从而形成射孔液压力脉动，它们的共同作用会影响射孔段套管的动力强度安全性，但射孔液压力脉动作用下套管的动力响应机理及套管的动力强度安全性尚有待深入研究。 应用平衡常数法确定单质炸药爆轰产物组分；依据爆轰理论和米海尔里逊方程推导爆容计算公式；考虑最大爆热实现程度，修正Berthelot最大爆热值分析方案；根据爆轰产物的平均比热容，建立含氧系数的爆温计算公式；基于Kamelet法和最大释能原理求解爆速和爆压。针对含铝混合高能炸药，考虑铝氧摩尔比与装药密度的影响，基于体积加权法和Kamelet法，构造爆热、爆速和爆压分析新方法。应用LS-DYNA软件，建立射孔弹、射孔枪和套管的三维有限元模型，运用 ALE算法实现射流形成及侵彻过程中的大变形模拟和流固耦合，分析射流形成及侵彻射孔枪和套管的动态过程，分析考虑射孔弹间相互影响的射孔系统能量转换和分布规律、射流速度变化规律、套管和射孔枪应力变化规律。根据射孔系统能量转换和分布规律，确定射孔弹冲击波和爆轰产物的能量。依据冲击波在相变界面传播的连续性和Tait物态方程，推导冲击波初始压力计算公式；考虑套管的复杂边界和爆距的影响，建立冲击波传播规律表达式，得到直达冲击波的理论分析方法；根据冲击波反射原理，建立射孔液、套管交界面参数求解的近似图解法和反射压力波的理论分析方法；应用直达波和反射波叠加原理，建立压力脉动规律理论分析方法。应用Workbench软件，建立射孔段套管有限元三维模型，分析射孔压力脉动下套管的瞬态动力响应，得到射孔段套管的动态应力分布与变化规律，分析未射孔、射孔套管的强度安全性，对比动、静压力作用下射孔段套管的强度安全性。 通过研究，建立单质炸药爆轰参数分析新方法，提高计算精度；构造一种新的含铝混合高能炸药爆热爆速爆压分析方法；实现聚能射流形成及侵彻射孔枪和套管的流固耦合和动态仿真；建立聚能射孔压力脉动规律的理论分析方法，分析动、静压力作用下射孔段套管的强度安全性。相关研究成果可为聚能射孔压力脉动及射孔段套管动力强度安全性分析提供参考。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4技术路线及创新点

第二章 聚能射孔弹炸药爆轰参数计算方法分析

2.1爆轰产物平衡组份计算方法分析

2.2聚能射孔弹用单质炸药爆轰参数分析

2.3新型含铝混合高能炸药爆轰参数分析

2.4小结

第三章 聚能射流形成及侵彻射孔枪和套管有限元动态仿真

3.1射孔弹-射孔枪-套管三维有限元模型建立

3.2三维模型材料属性分配和关键参数确定

3.3金属射流形成及侵彻射孔枪和套管过程分析

3.4射孔弹-射孔枪-套管系统能量转换和分布规律分析

3.5金属射流速度变化规律分析

3.6金属射流侵彻时射孔枪和套管应力变化分析

3.7 小结

第四章 聚能射孔压力脉动规律理论分析

4.1聚能射孔弹爆轰能量转换规律分析

4.2聚能射孔弹水下爆轰类型划分

4.3射孔液中初始冲击波压力分析

4.4考虑井底复杂边界条件的射孔液压力脉动规律分析

4.5 小结

第五章 聚能射孔压力脉动作用下套管的动力强度安全性分析

5.1射孔段套管瞬态分析三维有限元模型建立

5.2未射孔套管应力变化规律分析

5.3动静载荷作用下射孔段套管应力变化规律分析

5.4小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果