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非冲击点火反应驱动的吉帕级缓前沿斜波加载技术

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爆炸与冲击 2023年第6期43卷 150-157页

作者：杨天昊种涛李涛傅华胡海波中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室四川绵阳621999

为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为,设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置,基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进... 详细信息

为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为,设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置,基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进行了分析,讨论了燃烧过程中加载炸药破碎程度和装置结构参数(壳体和隔层厚度)对输出波形的影响。计算结果表明,加载炸药破碎形成的燃烧比表面积大小是影响非冲击点火反应压力演化的关键因素,燃烧比表面积越大,输出的斜波压力越大,峰值压力可达吉帕以上,对应的压力上升前沿可从数十微秒降至数微秒。加载炸药外部壳体厚度即约束强度对非冲击点火反应产生的压力大小影响显著,壳体越厚输出的斜波压力越大。加载炸药与受试炸药之间的隔层厚度直接关系到输出至受试炸药处的斜波压力大小,随着隔层厚度的增大,输出的斜波压力以近似指数的关系衰减。参考计算结果完成了装置的结构设计,对受试PBX炸药进行了斜波加载实验,采用PVDF测得受试炸药入射界面处的压力为1.6 GPa、前沿宽度为25µs,初步证明了采用强约束压装PBX炸药非冲击点火反应实现吉帕、十微秒级斜波压力输出的可行性。

关键词：压装PBX 强约束非冲击点火反应层流燃烧燃烧表面积斜波加载

炸药晶粒包覆结构对PBX动态损伤影响的近场动力学模拟

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含能材料 2023年第2期31卷 160-169页

作者：黄亚飞邓小良柏劲松冲击波物理与爆轰物理重点实验室中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999

为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics,PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PB... 详细信息

为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics,PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PBX的损伤响应。模拟结果显示,采用粘接剂1包覆时,相比于单层包覆而言,当加载速度分别为20,40 m·s^(-1)和60 m·s^(-1)时,双层包覆结构使HMX晶粒的损伤分别降低了42.8%,87.2%和46.8%,明显降低了PBX中HMX晶粒的损伤。HMX晶粒采用单层包覆结构时,损伤模式主要表现为穿晶损伤,采用双层包覆结构时,损伤模式转变为沿晶损伤。研究还得到了双层包覆结构下不同包覆材料对HMX损伤影响的定量结果,并据此得到了不同包覆结构的性能排序。同时发现包覆结构能够影响HMX晶粒内应力状态,从而影响HMX损伤程度。

关键词：近场动力学理论动态损伤高聚物粘结炸药(PBX) 包覆结构

一种适用于复杂加载状态下微喷射物质面密度测量的Asay膜方法

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 159-168页

作者：王维荣陈书杨王学军赵信文黄世璋李欣竹吴强中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室四川绵阳621999

为了解决传统Asay膜方法不适用于复杂加卸载条件下微喷射物质面密度测量的问题,采用光子多普勒速度计(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法的膜速曲线发展了测试复杂加载条件下微喷射面密度的新方... 详细信息

为了解决传统Asay膜方法不适用于复杂加卸载条件下微喷射物质面密度测量的问题,采用光子多普勒速度计(photonic Doppler velocimetry,PDV)测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法的膜速曲线发展了测试复杂加载条件下微喷射面密度的新方法。采用数值实验和轻气炮实验对新方法进行了分析和评估。针对3种典型微喷射物质速度分布情况,利用数值实验分析评估了实际应用场景下因PDV给出的微喷物速度偏离理论值对面密度测量的影响,通过对PDV给出的微喷物速度线性插值处理,可确保新方法与理论值测量偏差小于20%。通过轻气炮加载预置粉末样品实验对比评估了新方法和传统方法的测量效果,采用2种方法分别处理同一发实验数据,结果显示,新方法相较于传统Asay膜方法的测量偏差小于20%。

关键词：微喷射 Asay膜光子多普勒速度计面密度

PBX炸药缝隙挤压加载下的破裂模式及点火响应

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兵工学报 2024年

作者：胡秋实尚海林吴兆奎廖深飞傅华中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室

武器装药服役过程中内部容易产生缝隙等结构弱环。针对圆形缝隙开展PBX-3炸药及其模拟材料缝隙挤压加载实验。通过结构设计，使样品内部的宏观裂纹在实验结束后的拆卸过程中不发生破坏，保留裂纹原始形貌便于观测分析。采用45°镜反射... 详细信息

武器装药服役过程中内部容易产生缝隙等结构弱环。针对圆形缝隙开展PBX-3炸药及其模拟材料缝隙挤压加载实验。通过结构设计，使样品内部的宏观裂纹在实验结束后的拆卸过程中不发生破坏，保留裂纹原始形貌便于观测分析。采用45°镜反射成像结合高速摄影，记录样品缝隙挤压的动态全过程。采用欧拉-拉格朗日耦合方法对炸药缝隙挤压过程进行仿真计算，用未点火情况下的实验数据进行模型参数校核，使用校核后的模型对点火情况进行再计算。基于做功和加热对增加物体内能的等效性，对主导点火机制和点火时间进行分析。研究结果表明，缝隙挤压加载下样品内部形成滑移区和死区，两区分界面为锥面。对于φ0.8 mm直径的缝隙，强围压下挤压速度仅4.2 m/s即可导致点火，点火后的燃烧反应烈度随缝隙尺寸减小而增加。数值模拟得到的挤压应力、速度及破裂模式与实验结果符合较好，滑移区与死区之间的挤压摩擦功率高达数千W/cm2，点火时间为百μs量级，引发点火的重要机制是滑移区-死区界面的挤压摩擦温升。

关键词： PBX炸药缝隙挤压破裂模式点火欧拉-拉格朗日耦合

一种适用于复杂加载状态下微喷射物质测量的Asay膜方法

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爆炸与冲击 2024年

作者：王维荣陈书杨王学军赵信文黄世璋李欣竹吴强中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室

基于动量原理的Asay膜方法在高速微喷射物质测量中有广泛应用。Asay膜常用的数据处理方法是基于瞬时喷射假设，利用膜速与时间曲线及空腔距离给出累计喷射量曲线。然而实际工程中微喷射可能来源于多次的复杂加卸载，空腔距离及自由面起... 详细信息

基于动量原理的Asay膜方法在高速微喷射物质测量中有广泛应用。Asay膜常用的数据处理方法是基于瞬时喷射假设，利用膜速与时间曲线及空腔距离给出累计喷射量曲线。然而实际工程中微喷射可能来源于多次的复杂加卸载，空腔距离及自由面起动时间无法准确给出，因此需要发展一种不依赖初始空腔距离的Asay膜方法。采用光子多普勒速度计（photonic Doppler velocimetry， PDV）测量微喷射物质速度结合传统Asay膜方法发展了测试复杂加载条件下微喷射量的新方法，通过理论分析评估了该方法处理实验数据的可行性及测量偏差，并得到了气炮实验验证。针对典型的微喷分布，新方法相较于传统Asay膜方法的测量偏差小于20%。

关键词：微喷射 Asay膜激光干涉测速面密度

基于微波干涉测速技术的二级轻气炮/火炮内弹道参数诊断

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爆炸与冲击 2022年第3期42卷 111-120页

作者：贾兴唐隆煌翁继东马鹤立陶天炯刘盛刚陈龙章林文王翔中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室四川绵阳621999

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微... 详细信息

测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程,对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同,不同目标的反射特性也不同,为获得最佳的测试结果,设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量,并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据,所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析,证实了二级轻气炮在某些装填条件下易出现碎弹现象。此外,首次观测到二级炮内弹道内前冲气体速度历史,可为研究高速气体的温度、压力、电离等状态提供数据支撑。

关键词：微波干涉仪二级轻气炮火炮速度测量内弹道前冲气体

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高温高压下UH结构稳定性及其冲击分解

高压物理学报 2024年

作者：王玉锋郝龙吴凤超耿华运李俊中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理全国重点实验室

利用统计物理模型构建了UH3晶体及其化学分解产物的状态方程，通过比较Gibbs自由能获得了UH3的高温高压相图，并将其应用于疏松和密实UH3冲击压缩性质研究中。结果表明：等温压缩下，UH3晶体在压力约74.0 GPa时发生化学分解，提高温度... 详细信息

利用统计物理模型构建了UH3晶体及其化学分解产物的状态方程，通过比较Gibbs自由能获得了UH3的高温高压相图，并将其应用于疏松和密实UH3冲击压缩性质研究中。结果表明：等温压缩下，UH3晶体在压力约74.0 GPa时发生化学分解，提高温度有助于化学分解的发生，但压力对UH3化学分解相边界的影响是非单调的；冲击加载下，密实UH3在35～50 GPa压力范围内发生化学分解，并且由于冲击分解伴随着明显的体积塌缩，分解产物的雨贡纽曲线位于等温压缩线下方，曲线位置关系反常；UH3的冲击分解压力随着疏松度的增大而减小，当UH3材料的初始疏松度为1.5时，在化学分解转变压力范围内，UH3的分解产物比UH3晶体更难压缩，表现出类似大疏松度材料在冲击作用下的“反常膨胀”现象。研究结果丰富了对UH3材料动态压缩特性的认识，为锕系金属氢化物的高温高压物理化学性质研究提供了理论参考。

关键词： UH 氢化物状态方程高温高压结构稳定性化学分解

[100]LiF单晶在60 GPa以内冲击加载下的高压屈服强度特性

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爆炸与冲击 2022年第4期42卷 128-135页

作者：谭叶李雪梅俞宇颖南小龙甘元超叶想平胡建波王倩男中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室四川绵阳621999

获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法,通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演,获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度... 详细信息

获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法,通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演,获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明:在实验压力范围内,[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高,压力硬化效应显著;同时,LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果,应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数,为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。

关键词： LiF 屈服强度冲击加载双屈服面法

样品粗糙度对材料SHPB动态压缩性能的影响

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爆炸与冲击 2022年第1期42卷 50-56页

作者：叶想平南小龙段志伟俞宇颖蔡灵仓刘仓理中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室四川绵阳621999 中国工程物理研究院四川绵阳621999

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究... 详细信息

有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响,以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象,通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品,分别在二硫化钼(MoS_(2))充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明,通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS_(2)仅能够在样品粗糙度不大于0.8μm的情况下起到较好的润滑效果,随着紫铜样品粗糙度的增加,MoS_(2)的润滑效果不断降低,端面摩擦力不断增大,实验结果的分散性也显著增加。样品端面粗糙度为1.6μm时,MoS_(2)已不能有效消减端面摩擦力;样品端面粗糙度达到3.2μm时,MoS_(2)的润滑效果几乎为零。SHPB实验中使用MoS_(2)润滑金属样品时,压杆和样品实验端面的粗糙度需达到0.8μm;腐蚀液处理后的金属样品外表面粗糙度难以达到0.8μm,实验过程中需对样品端面进行比MoS_(2)润滑效果更好的润滑处理,或对实验结果进行扣除端面摩擦力的修正才能够保证实验结果的有效性和准确性。

关键词：端面粗糙度摩擦力分离式霍普金森压杆端面润滑效果本构关系