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Al/PTFE/TiH三元活性材料与RDX组合装药的爆炸释能特性

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兵工学报 2024年

作者：李丹一程扬帆李翔王浩赵长啸沈兆武陆军工程大学野战工程学院中国科学技术大学工程科学学院安徽理工大学化工与爆破学院

为探究活性材料与炸药组合装药的爆轰特性，制备了一种Al/PTFE/TiH2三元活性材料与RDX炸药的组合装药。利用空中爆炸实验并结合比色测温技术，研究TiH2粉末含量对组合装药爆轰性能及后燃效应的影响。研究结果表明：随着TiH2粉末含量的... 详细信息

为探究活性材料与炸药组合装药的爆轰特性，制备了一种Al/PTFE/TiH2三元活性材料与RDX炸药的组合装药。利用空中爆炸实验并结合比色测温技术，研究TiH2粉末含量对组合装药爆轰性能及后燃效应的影响。研究结果表明：随着TiH2粉末含量的增加，组合装药的冲击波参数、爆炸火球持续时间以及最高平均温度皆呈先上升、后下降的趋势，且均在TiH2粉末含量为10%时达到最大值，相较于不含TiH2粉末的组合装药，其冲击波峰值压力、爆炸火球持续时间以及最高平均温度分别提升了21.6%、105.9%和7.1%；通过对比TiH2粉末和Ti粉末对组合装药爆炸释能特性的影响，发现由于游离氢参与后燃反应，使得TiH2粉末对组合装药爆炸冲击波参数和爆炸火球温度场的增益效应优于Ti粉末；研究成果可为Al/PTFE/TiH2三元活性材料在组合装药中的应用设计及武器毁伤评估提供参考。

关键词：活性材料组合装药空中爆炸后燃效应比色测温

典型金属粉末对FAE冲击波效应和热毁伤性能的影响

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爆炸与冲击 2024年

作者：张蓓蓓程扬帆蒋八运沈兆武甘小红淮南皖淮机电股份有限公司安徽理工大学土木建筑学院中国科学技术大学近代力学系

为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药(FAE)冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙... 详细信息

为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药(FAE)冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙烷的最佳质量浓度为780 g·m-3，△Pmax= 0.799 MPa，(dP/dt)max= 52.438 MPa·s-1。添加Al粉、Ti粉和Mg粉的环氧丙烷最大燃爆超压、最大压力上升速率和最大火焰平均温度均随着金属粉质量比(I)的增加而增大，而最大压力上升时间的变化趋势则与之相反。最大燃爆超压和最大火焰平均温度的变化规律一致：Al/环氧丙烷>Mg/环氧丙烷>Ti/环氧丙烷，且当金属粉的质量比I = 40%时，三种固-液混合燃料的△Pmax值相较于纯环氧丙烷分别增加了12.00%、8.41%和11.54%；此外，最大压力上升速率和燃烧速率的变化规律一致：Mg/环氧丙烷>Al/环氧丙烷>Ti/环氧丙烷，且当金属粉的质量比I = 40%时，三种固-液混合燃料的(dP/dt)max值相较于纯环氧丙烷分别增加了41.91%、39.60%和45.29%。研究结果表明不同高能金属粉末在改善环氧丙烷燃爆性能方面各有优势，在FAE的配方设计时应根据毁伤性能指标合理选择金属粉末作为含能添加剂。

关键词：燃料空气炸药环氧丙烷金属粉固-液混合燃料毁伤性能比色测温

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邻空气域装药水下爆炸压力场特征研究

兵工学报 2024年

作者：杨科周章涛马宏昊姚象洋傅力衡徐庆涛沈兆武中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室中国船舶科学研究中心

为控制炸药水下爆炸能量分布，实现定向打击，研究一种典型炸药-空气柱形装药结构爆炸压力场分布特征。通过实验与数值模拟探究含不同尺寸空气域结构水下爆炸的压力和比冲量分布情况，发现空气域对炸药水下爆炸具有定向增强效应。模拟... 详细信息

为控制炸药水下爆炸能量分布，实现定向打击，研究一种典型炸药-空气柱形装药结构爆炸压力场分布特征。通过实验与数值模拟探究含不同尺寸空气域结构水下爆炸的压力和比冲量分布情况，发现空气域对炸药水下爆炸具有定向增强效应。模拟结果表明，空气域会导致爆轰产物冲击空气-水边界，空气域方向近场峰值压力增强现象；伴随气泡形态变化，形成隔绝能量的花瓶状气泡，使空气域后方出现比冲量增强现象；上述增强现象均随着距离增加而逐渐消失，其中比冲量增强效应的影响范围更广。研究结果表明，空气域的存在可以显著增强该方向近场范围内的毁伤效果。

关键词：水下爆炸装药结构气泡形态能量分布

铝中间层对TA2/5083爆炸焊接影响的数值模拟

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兵器装备工程学报 2024年第1期45卷 201-207页

作者：缪广红孙志皓胡昱马秋月刘自伟马宏昊沈兆武安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点试验室合肥230027

为研究添加中间层对TA2/5083爆炸焊接的影响,分别选取0.3 mm和0.5 mm厚度的1060铝中间层,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE算法建立三维数值模型,分别模拟出添加0.3 mm和0.5 mm厚度1060铝中间层的焊接过程,与直接爆炸焊接TA2和5083复合板... 详细信息

为研究添加中间层对TA2/5083爆炸焊接的影响,分别选取0.3 mm和0.5 mm厚度的1060铝中间层,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE算法建立三维数值模型,分别模拟出添加0.3 mm和0.5 mm厚度1060铝中间层的焊接过程,与直接爆炸焊接TA2和5083复合板进行对比。模拟结果表明:选择适当厚度的1060铝中间层,能有效减少基板所受碰撞压力,让爆炸焊接过程更加平稳;结合建立的爆炸复合窗口,添加中间层能大大扩展可焊接窗口,减小碰撞速度,模拟结果更加接近理论碰撞速度,使复板以更佳的飞行速度与基板结合;0.3 mm厚度中间层复合板的焊接质量高于0.5 mm厚度中间层高于无中间层的,模拟与实验吻合较好,添加合适厚度的中间层1060能大程度提高TA2/5083复合质量。

关键词： ALE TA2/1060/5083 TA2/5083 ANSYS/LS-DYNA 流固耦合爆炸焊接

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铝/不锈钢双金属管爆炸焊接数值模拟

兵器装备工程学报 2024年第2期45卷 238-245页

作者：缪广红马秋月胡昱周大鹏孙志皓刘自伟马宏昊沈兆武安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司安徽淮北235000 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点试验室合肥230027

以铝/不锈钢金属管为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件结合SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对其爆炸焊接过程进行了数值模拟。研究了炸药爆速对复合管结合质量的影响。结果表明:炸药爆速对基复管的塑性变形和复管碰撞速度影响较大,塑性... 详细信息

以铝/不锈钢金属管为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件结合SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对其爆炸焊接过程进行了数值模拟。研究了炸药爆速对复合管结合质量的影响。结果表明:炸药爆速对基复管的塑性变形和复管碰撞速度影响较大,塑性变形和复管碰撞速度过小或过大均不能实现良好结合;在炸药爆速为1 950~2 150 m/s左右时,基复管结合质量较好,这与试验所得结论一致;拉格朗日法的前期建模较为简洁,模拟过程中SPH-FEM耦合法耗时较多;拉格朗日法所测得的碰撞速度与理论计算值误差较大,且SPH-FEM耦合算法能较好地处理高速爆炸冲击问题。

关键词：爆炸焊接数值模拟拉格朗日算法 SPH-FEM耦合算法

316L不锈钢/CK22碳钢爆炸焊接管的数值模拟

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兵器装备工程学报 2024年第3期45卷 217-223页

作者：缪广红孙志皓周大鹏胡昱马秋月刘自伟马宏昊沈兆武安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司安徽淮北235000 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点试验室合肥230027

为研究不同炸药量对爆炸焊接不锈钢316L/碳钢CK22复合管的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE流固耦合算法对不同炸药内径下复合管的爆炸焊接过程进行数值模拟,建立316L/CK22双金属管可焊接窗口,利用后处理软件LS-PrePost导出焊接过程... 详细信息

为研究不同炸药量对爆炸焊接不锈钢316L/碳钢CK22复合管的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE流固耦合算法对不同炸药内径下复合管的爆炸焊接过程进行数值模拟,建立316L/CK22双金属管可焊接窗口,利用后处理软件LS-PrePost导出焊接过程中碰撞压力、塑性变形、碰撞速度等动态参数。结果表明:炸药厚度小于0.505 cm时碰撞速度在可焊接窗口外,在复合时发生回弹焊接失败,药厚大于0.505 cm时均能较好复合,模拟与实验吻合,证明焊接窗口对爆炸焊接实验的较好指导意义;模拟碰撞速度与理论值误差在3.2%~9.5%,证明数值模拟爆炸焊接复合管的可靠性。

关键词：爆炸焊接 316L/CK22复合管 ALE ANSYS/LS-DYNA 流固耦合

TA2/1060铝双金属管爆炸焊接数值模拟

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安徽理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期44卷 75-86页

作者：缪广红马秋月周大鹏胡昱孙志皓刘自伟马宏昊沈兆武安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司安徽淮北235000 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点试验室安徽合肥230027

目的为探究炸药爆速对复合管结合质量的影响,以及SPH-FEM法和拉格朗日法对爆炸焊接数值模拟的差异。方法利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立钛/铝双金属管爆炸焊接模型,分别采用SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对不同爆速下的TA2/1060铝双金属管进... 详细信息

目的为探究炸药爆速对复合管结合质量的影响,以及SPH-FEM法和拉格朗日法对爆炸焊接数值模拟的差异。方法利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立钛/铝双金属管爆炸焊接模型,分别采用SPH-FEM耦合法和拉格朗日法对不同爆速下的TA2/1060铝双金属管进行爆炸焊接数值模拟。结果结合复管的最佳碰撞速度、碰撞压力和基复管的塑性变形情况可知,要获得结合质量较好的复合管,炸药爆速应设置在1950~2150m/s;SPH-FEM法计算的特征单元碰撞速度与理论值误差分别为0.78%、1.2%和1.4%,由拉格朗日算法计算的特征单元碰撞速度与理论速度之间误差分别为5.4%、5.8%和2.7%。结论塑性变形和复管碰撞速度过小或过大均不能实现良好结合;钛/铝双金属管爆炸焊接的最佳炸药爆速范围为1950~2150m/s;拉格朗日法的前期建模较为简洁,模拟过程中SPH-FEM法耗时较多但该方法对动态参数模拟的精确度较高。

关键词：爆炸焊接数值模拟拉格朗日算法 SPH-FEM耦合算法

基于压力-冲量曲线的水下爆炸压力-时间公式

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爆炸与冲击 2024年

作者：徐庆涛马宏昊周章涛杨科沈兆武 1.中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室 2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室 3.中国船舶科学研究中心中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室中国船舶科学研究中心

根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力-时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力-时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合。计算拟合的冲击波冲量和能量参数，与通用... 详细信息

根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力-时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力-时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合。计算拟合的冲击波冲量和能量参数，与通用的Cole与Орленко理论计算结果进行对比，验证拟合曲线的准确性。相较于Cole和Орленко理论，新方法的压力衰减曲线更接近于实验值。计算水下爆炸冲击波的比冲和比冲击波能时，新模型具有较好的计算精度；新模型的比冲量与实验值的误差不超过4%，与Орленко理论相比，精度提高了5%～10%；比冲击波能与实验值的误差不超过1%，计算精度与通用理论相当。

关键词：水下爆炸压力衰减拟合 p-I曲线

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隔热胶体装药结构的耐热防护与爆炸性能

含能材料 2023年第3期31卷 306-315页

作者：王飞马宏昊沈兆武安徽理工大学、深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 中国科学技术大学、中国科学院材料力学行为和设计重点试验室安徽合肥230027

为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术(水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量)及现场实验(殉爆实验,炮孔传爆)... 详细信息

为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术(水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量)及现场实验(殉爆实验,炮孔传爆),分别研究了装药结构中3种胶体配比(高分子吸水树脂(SAP)质量比分别为0,0.5%和1%)与乳化炸药2种敏化方式(亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化)对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明:含0.5%SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热(100℃)时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数(冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量)均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包(EE-SN)的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包(EE-EP)。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 mm殉爆、炮孔内稳定传爆,说明该胶体装药结构具有很好的高温爆破应用前景。

关键词：高温爆破胶体材料隔热装药结构乳化炸药热安全性冲击波衰减