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热与撞击复合环境下炸药的响应规律

作　者: 吴博
导　师: 黄辉；黄毅民
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 炸药安全性复合环境响应规律数值模拟
分类号: TQ560.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

炸药在意外刺激条件下是否会发生响应引发点火并成长为一定烈度的燃烧、爆炸、爆轰反应是进行量化评估研究的核心问题。炸药的撞击安全性和热安全性均是评价炸药安全性能的重要指标。目前,对于炸药在热与撞击刺激下的响应情况通常分开研究,但是在生产和使用过程中,炸药往往会受到热与撞击同时刺激,从而发生意外事故。国内外很少开展复合环境作用下炸药的安全性能研究,难以评估此类实际环境下的安全性能。本文设计了热与撞击复合加载试验系统,研究了PBXC03炸药在加热前后进行分别进行枪弹撞击和平头小弹丸撞击的响应规律,使用有限元程序LS-DYNA对部分试验过程进行了计算。本文的研究内容主要包括：(1)对Φ75mm×150mm PBXC03炸药进行热与枪弹撞击复合环境试验,以1℃/min和10℃/min两种升温速率对试验炸药试样进行加热,试验设定的预定温度取75℃、100℃和170℃,研究热与枪弹撞击复合环境试验中不同升温速率加热条件对炸药响应的影响。根据试验数据,在25℃-170℃温度条件下,Φ75mm×150mm尺寸的PBXC03炸药反应相对释放能在3.5%-8.5%之间,且炸药在常温环境和加热条件下反应程度基本相同,没有发生爆轰。(2)对Φ50mm×50mm PBXC03炸药进行热与平头小弹丸撞击复合环境试验,试验中根据炸药热反应特性设定目标温度,分别为常温、75℃、105℃、160℃、195℃,在加热前后对试样进行撞击试验。采用热电偶测试样品内不同位置的温度变化过程,通过高速录像照片分析点火反应过程,通过冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,获得加热前后PBXC03炸药的撞击响应规律。结果表明,加热变化对HMX基炸药的撞击安全性具有显著的影响。通过试验结果表明,在75℃与105℃环境下,PBXC03炸药比未加热条件下更不容易发生点火现象；在160℃与195℃环境下,炸药受到撞击刺激,容易发生点火,并容易成长为剧烈爆轰现象,反应烈度比未加热高；相同温度条件下,炸药响应烈度随着撞击速度提升而逐渐提高。(3)采用有限元程序LS-DYNA对试验进行了初步计算。利用点火增长反应模型对炸药点火过程及响应压力变化历程进行计算,所得计算结果与试验基本吻合。本文开展的热与撞击复合刺激下炸药安全性能研究,获得了不同温度下PBXC03炸药撞击响应规律；建立的热与撞击复合刺激试验方法,为研究炸药在此类环境下的安全性能提供了一种新的研究思路。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-25
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-24
    1.2.1 热刺激条件下炸药响应情况研究  10-15
    1.2.2 撞击条件下炸药响应情况研究  15-21
    1.2.3 热与撞击复合刺激条件下炸药的响应情况研究  21-24
  1.3 论文主要研究内容  24-25
第二章热与枪弹撞击复合试验研究  25-34
  2.1 试验设计  25-27
    2.1.1 试验样品选取  25
    2.1.2 试验装置  25-26
    2.1.3 试验温度选取  26-27
  2.2 热与枪弹撞击复合试验结果  27-32
    2.2.1 试验温度控制  27-29
    2.2.2 试验现场炸药部件残骸分析  29-30
    2.2.3 冲击波超压数据分析  30-31
    2.2.4 原因分析  31-32
  2.3 本章小结  32-34
第三章热与平头小弹丸撞击复合试验  34-47
  3.1 试验设计  34-36
    3.1.1 弹丸设计及试验样品  34
    3.1.2 试验原理及测试系统  34-36
  3.2 试验结果分析  36-46
    3.2.1 未加热炸药射弹撞击试验  36-37
    3.2.2 热与撞击复合环境下炸药响应情况分析  37-42
    3.2.3 超压与弹速关系分析  42-44
    3.2.4 原因分析与讨论  44-46
  3.3 本章小结  46-47
第四章数值仿真  47-56
  4.1 ANSYS/LS-DYNA程序简介  47-48
  4.2 热与撞击复合环境下炸药响应规律数值计算  48-56
    4.2.1 计算模型  48-49
    4.2.2 材料模型  49-50
    4.2.3 模拟计算结果  50-56
第五章总结与展望  56-58
  5.1 总结  56
  5.2 工作展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
论文过程中发表论文  63

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