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天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

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兵工学报 2024年第7期45卷 2393-2403页

作者：乔博阳谷恭天王成宋诗祥高扬北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力... 详细信息

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明:封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。

关键词：钢筋混凝土板爆炸载荷破坏模式气体爆炸压力积聚

活性可反应亚微米壳包覆CL-20及其性能表征

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火炸药学报 2024年第5期47卷 422-429,I0004页

作者：成雅芝任慧常世隆北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

为了获得高能低感的CL-20颗粒,采用喷雾干燥工艺改善CL-20原料的形貌,采用顺丁橡胶BR、微晶蜡和胶体石墨对CL-20/微纳复合铝粉进行钝感包覆,构建具有可反应活性、能量补强的包覆外壳,同时提升CL-20使用安全性。采用扫描电子显微镜(SEM)... 详细信息

为了获得高能低感的CL-20颗粒,采用喷雾干燥工艺改善CL-20原料的形貌,采用顺丁橡胶BR、微晶蜡和胶体石墨对CL-20/微纳复合铝粉进行钝感包覆,构建具有可反应活性、能量补强的包覆外壳,同时提升CL-20使用安全性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了包覆颗粒的表观形貌,编写MATLAB程序代码对SEM图像颗粒的长宽比和圆度值进行识别计算,表征其球形度,采用有机元素分析(EA)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析测试包覆颗粒中CL-20和铝粉的实际含量,采用X射线衍射(XRD)对包覆颗粒进行晶型结构分析,采用GJB方法对包覆颗粒的感度和爆热进行测试,并与CL-20原料进行了对比,采用差式扫描-热重-红外-质谱联用(DSC-TG-FTIR-MS)对包覆颗粒及其分解产物进行热分析。结果表明,制备得到的包覆颗粒粒径在10μm左右,球形度较高,长宽比为1.03,圆度值为0.91;包覆颗粒中CL-20和铝粉的实际含量分别为88.17%和7.76%;包覆颗粒的晶型为β-CL-20,摩擦感度为36%,撞击感度爆炸概率为38%,撞击感度特性落高为13.4 cm,降感效果明显;爆热值为5946 J/g,是CL-20原料(6073 J/g)的97.91%,能量损失不超过3%。

关键词：物理化学 CL-20 可反应高活性喷雾干燥钝感包覆

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异伍兹烷衍生物高温热分解规律分子动力学模拟

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含能材料 2024年第7期32卷 711-725页

作者：甘强张文博王亚军梁琳任姝李根何佳峻冯长根北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二... 详细信息

异伍兹烷衍生物是当前最具潜力的笼形含能化合物之一,为了系统研究异伍兹烷衍生物的高温热分解规律,明确其爆轰机理,研究采用ReaxFF-lg反应性力场和分子动力学方法,对3种典型异伍兹烷衍生物ε-六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)、4,10-二硝基-2,6,8,12-四氧杂-4,10-二氮杂四环十二烷(TEX)和4,10-二叠氮甲基-2,6,8,12-四硝基六氮杂异伍兹烷(BATNIW)进行高温(1500~3500 K)热分解研究。结果表明,脱硝基和开环是3种衍生物的主要初始反应,其中开环反应集中在五元环C—N键或C—O键。不同温度下热分解终产物中CO_(2)和H_(2)含量差异较大,3000 K以上N_(2)含量接近。3种衍生物中,BATNIW热分解生成N_(2)速度最快、产量最高;TEX热分解易生成团簇,生成特征产物乙二醛。3种衍生物热分解活化能排序为TEX>BATNIW>ε-CL-20,说明TEX稳定性最好。研究初步揭示了3种异伍兹烷衍生物分子结构与热分解规律的内在联系。

关键词：异伍兹烷衍生物六硝基六氮杂异伍兹烷高温热分解分子动力学方法 ReaxFF-lg反应性力场

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金属/聚氨酯波形发生器复合弹体冲击载荷特性及调控机制

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兵工学报 2024年第5期45卷 1648-1662页

作者：杨冠侠武海军田泽董恒黄风雷北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

采用撞击方式模拟爆炸/冲击加载是一种有效的实验室规模的加载手段。为探究金属/聚氨酯波形发生器(Polyurethane Waveform Gnerator,PWG)复合弹体的冲击载荷特性及PWG对载荷的调控作用,进行不同尺寸PWG的准静态压缩加载-卸载实验,分析PW... 详细信息

采用撞击方式模拟爆炸/冲击加载是一种有效的实验室规模的加载手段。为探究金属/聚氨酯波形发生器(Polyurethane Waveform Gnerator,PWG)复合弹体的冲击载荷特性及PWG对载荷的调控作用,进行不同尺寸PWG的准静态压缩加载-卸载实验,分析PWG的基本力学特性及PWG的刚度、能量耗散比与PWG尺寸的定性关系。开展不同配置的金属/PWG复合弹体的直接撞击实验,对复合弹体撞击过程进行系统分析,探究冲击速度及PWG尺寸等因素对冲击载荷的影响,并分别建立冲击载荷特征参数与冲击速度、PWG尺寸因子的定量关系。通过金属/PWG复合弹体直接撞击实验的单自由度系统运动方程及PWG动力学模型,探究PWG刚度对冲击载荷的调控作用。研究结果表明:PWG的静刚度系数随直径的增加而增大,随厚度的增加而减小;与PWG直径相比,厚度对能量耗散比的影响更加显著;冲击载荷特征参数与PWG直径D、厚度H的乘积D×H具有显著相关性,且随D×H的增加,峰值压力呈指数下降,持续时间及峰值比冲量分别呈2阶、3阶非线性增长;随着冲击速度的增加,峰值压力和峰值比冲量分别呈现3阶非线性快速增长和线性增长趋势,载荷持续时间则呈现2阶非线性下降趋势;PWG直径对冲击载荷的影响主要通过调控线性静刚度系数α实现,直径越大,α越大,冲击载荷峰值越小,冲量越大,载荷越趋近于半正弦曲线;PWG厚度的影响主要通过调控非线性静刚度系数γ实现,厚度越小,γ越大,冲击载荷峰值越大,冲量越小,载荷的尖峰细腰形状越明显。

关键词：聚氨酯波形发生器金属/聚氨酯波形发生器复合弹体模拟爆炸/冲击加载冲击载荷调控

B/KNO_(3)点火药装药的烤燃特性研究

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兵工学报 2024年第8期45卷 2828-2836页

作者：伍俊英尚伊平郑富德杜皓杰姚雨乐李钧剑陈朗北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081

为研究B/KNO_(3)点火药的热安全性,建立多点测温烤燃实验装置,对不同升温速率、不同装药密度条件下的B/KNO_(3)点火药装药进行多点测温烤燃实验,以获得点火药装药发生点火的准确时间与烤燃过程中不同监测点的温度历程。建立B/KNO_(3)点... 详细信息

为研究B/KNO_(3)点火药的热安全性,建立多点测温烤燃实验装置,对不同升温速率、不同装药密度条件下的B/KNO_(3)点火药装药进行多点测温烤燃实验,以获得点火药装药发生点火的准确时间与烤燃过程中不同监测点的温度历程。建立B/KNO_(3)点火药装药烤燃实验的数值计算模型并进行了数值模拟,计算中考虑了点火药的自热分解反应与相变吸热。通过与实验结果的对比,标定B/KNO_(3)点火药装药的热物性参数和反应动力学参数。研究结果表明:B/KNO_(3)点火药的指前因子为7.763×10^(13)s^(-1),活化能为2.0787×10^(5)J/mol;在点火药装药的烤燃过程中,随着升温速率的减小,点火延期时间逐渐增加,点火区域逐渐向中心移动,点火环境温度逐渐降低;在装药密度变化不太大的情况下,点火药的点火特征差别不大。

关键词： B/KNO_(3)点火药烤燃实验热安全性点火特性

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典型DNAN基熔铸炸药燃速特性

兵工学报 2024年

作者：李治段卓平白志玲许礼吉张连生黄风雷北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

约束装药点火后反应演化模型是安全弹药缓释结构设计的理论依据，而炸药燃速-压力关系是反应演化模型的重要组成部分，为DNAN基熔铸炸药的安全弹药反应烈度控制设计提供基础。基于激光点火技术和快响应热电偶火焰阵面探测技术，建立了... 详细信息

约束装药点火后反应演化模型是安全弹药缓释结构设计的理论依据，而炸药燃速-压力关系是反应演化模型的重要组成部分，为DNAN基熔铸炸药的安全弹药反应烈度控制设计提供基础。基于激光点火技术和快响应热电偶火焰阵面探测技术，建立了密闭空腔线性燃烧燃速-压力特性实验测量系统，得到了典型DNAN基熔铸炸药RB-2（DNAN/ HMX/ Al/黏结剂）的燃速-压力特性，研究了温度对炸药燃速-压力关系的影响。结果表明：随着温度的升高，RB-2炸药燃速增大，压力指数增加，同时压力越高温度对燃速的影响越显著；RB-2炸药在60MPa压力下会发生固体结构失效，导致燃速剧增，使炸药由线性传导燃烧机制向对流燃烧机制转变；与熔铸B炸药相比，RB-2炸药的燃速和压力指数较低，结构失效压力较高，意外点火后的反应增长慢，更容易通过反应缓释结构调控反应烈度。

关键词： DNAN基熔铸炸药燃烧速率初始温度比表面积

基于人工神经网络的三棱柱定向装药结构破片初速预测模型

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兵工学报 2024年

作者：宁建国汪齐栗建桥北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

棱柱形装药结构作为一种典型的非对称结构，其能量输出具有明显的方向性，预测其破片速度分布对于新型战斗部的结构设计和毁伤效率评估具有重要意义。针对棱柱形装药结构，建立了一种基于人工神经网络的破片速度预测模型。为提高网络模... 详细信息

棱柱形装药结构作为一种典型的非对称结构，其能量输出具有明显的方向性，预测其破片速度分布对于新型战斗部的结构设计和毁伤效率评估具有重要意义。针对棱柱形装药结构，建立了一种基于人工神经网络的破片速度预测模型。为提高网络模型的效率和准确性，通过理论分析确定了影响破片速度分布的影响因素，为网络模型筛选出4个输入特征参数。通过调整这些特征参数的值，建立了多组不同的数值模拟工况，通过数值模拟方法为网络模型提供数据集。用训练好的网络模型对测试集进行了预测，预测结果与数值模拟结果吻合较好，表明该网络模型预测棱柱形装药结构的破片分布具有较高的准确性，并且该神经网络模型具有良好的泛化能力。该神经网络模型具有计算速度快、预测精度高、易于建模等特点，可以较为精确地预测一端起爆条件下棱柱形结构的破片速度分布，为战斗部结构设计和毁伤效率评估提供数据参考。

关键词：棱柱形壳体破片初速量纲分析人工神经网络

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侵彻弹引系统非线性动力学模型及响应特性

兵工学报 2024年

作者：郑卓扬董恒武海军贾桐庆杨冠侠黄风雷北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

为准确揭示和描述战斗部-引信系统（以下简称弹引系统）在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应，基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用，分析应力波在战斗部壳体内的传播效应，引入弹引螺纹连接的载荷传递... 详细信息

为准确揭示和描述战斗部-引信系统（以下简称弹引系统）在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应，基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用，分析应力波在战斗部壳体内的传播效应，引入弹引螺纹连接的载荷传递特性及缓冲材料的非线性响应模式，构建高速侵彻下弹引系统的非线性动力学响应模型，通过理论及实验方法确定模型参数，结合有限元数值仿真研究分析弹引系统的动态响应特性及弹靶参数对过载信号的影响机理和规律。研究结果表明：所建立的非线性动力学响应模型在时-频域特征上与数值仿真结果吻合良好，可更准确地描述高速侵彻下弹引系统的过载传递特性及引信内部器件的真实动力学响应，其响应模式主要为刚性过载和高频结构振动的耦合叠加，螺纹连接会进一步放大过载信号，聚氨酯材料在侵彻冲击环境下体现出一定的吸能滤波作用；弹引系统侵彻多层间隔目标相较于单一半无限目标时的过载信号更为复杂剧烈，弹靶参数决定了弹靶相互作用的频率特性，当侵彻多层间隔目标的弹靶作用频率的整数倍与弹引系统固有频率更接近时，加速度过载会出现峰值显著增大、振荡加剧及信号严重粘连等现象；研究成果为快速有效预测不同弹目特性下引信内部关键模块的真实响应和过载特性、评估其安全性及可靠性提供了合理途径，为弹引一体化设计及优化提供了技术参考。

关键词：弹引系统波动振动非线性动力学模型时频域特性

基于多层间隔靶试验的含能复合射流毁伤行为研究

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兵工学报 2024年

作者：王在成彭芋程姜春兰胡榕北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

为探究含能复合罩聚能装药对目标的毁伤增强效应及作用机制，开展了含能复合罩聚能装药作用多层间隔靶侵爆联合毁伤行为研究。采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法，对含能复合射流侵彻多层间隔靶的毁伤行为及作用机理进行探究。... 详细信息

为探究含能复合罩聚能装药对目标的毁伤增强效应及作用机制，开展了含能复合罩聚能装药作用多层间隔靶侵爆联合毁伤行为研究。采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法，对含能复合射流侵彻多层间隔靶的毁伤行为及作用机理进行探究。试验结果表明：含能复合射流可有效毁伤8 mm 厚钢靶和10 mm厚铝板构成的多层间隔靶，在1.0～1.5 CD炸高范围内，可穿透7～9层靶板，在2.0～2.7 CD侵彻深度范围内，对8 mm钢靶造成花瓣状卷边破坏和大开孔毁伤的程度最大，钢靶的最大破坏区域直径为2.5 CD。仿真和理论计算结果表明：爆轰波压垮作用、药型罩材料及结构和侵彻过程共同决定了含能复合射流的释能特性；不同位置靶板的变形能变化与活性材料激活质量的位置分布基本一致；复合射流头部的金属射流优先作用于靶板侵彻开孔，可避免大量活性材料在侵彻前期的消耗，将大部分活性材料随进到目标内部，充分利用活性材料的反应释能，通过侵-爆联合作用实现目标内毁伤增强效应；通过射流作用条件调控，实现活性材料在目标内毁伤增强的按需控制，达到最佳毁伤效果。

关键词：含能复合射流释能位置毁伤效应多层间隔靶