PDF《弹黏塑性热点模型的冲击起爆临界条件》

第3 2卷第3期高压物理学报Vol.

32,N o .

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0 1 8年6月CH I N E S EJ OUR NA L O F H I GH P R E S S UR E P HY S I C S J u n e ,

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1 8 D O I :

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8 / g y w l x b .

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5 6 弹黏塑性热点模型的冲击起爆临界条件 * 覃锦程, 裴红波, 李星翰, 张旭, 赵锋(中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳

6 2

1 9

9 9 ) 摘要: 非均质炸药冲击起爆临界条件是武器传爆系列设计以及安全性能评估中十分关注 的问题.基于 K i m 弹黏塑性热点模型, 通过数值求解冲击波作用下炸药局部热点的温升模 型, 获得了 TAT B和HMX 基炸药在不同冲击压力作用下的冲击起爆临界阈值, 定量分析了 孔隙度对炸药冲击起爆临界阈值的影响.与实验数据对比, 结果表明: 在1~1 0G P a范围内, 采用该模型计算得到的冲击起爆临界阈值与一维短脉冲试验相符, 对应的炸药冲击起爆临界 阈值近似为一常量;

当压力大于1 0G P a时, 非均匀炸药的冲击起爆机制开始由局部热点机制 向整体均匀加热机制转变;

在一定压力范围内, 炸药孔隙度越大, 冲击起爆临界阈值越小. 关键词: 起爆判据;

热点模型;

弹黏塑性;

冲击起爆 中图分类号: T J

5 5;

O

3 8 文献标识码: A 非均质炸药在冲击波作用下, 波后会形成会局部热点.热点的温升取决于炸药化学反应、 外界做功 和热传导能量损失的关系, 当炸药化学反应释放能量与外界做功获得的能量之和大于热传导损失的能 量时, 该区域内能量便得到累积, 温度继续升高, 化学反应加剧[ 1] , 直到形成稳定爆轰.否则当热传导损 失能量过大, 热点温度不断降低, 化学反应停止.在冲击作用下, 炸药的临界起爆阈值一直是人们研究 的重点, 与武器传爆系列的设计以及安全性密切相关. 确定炸药冲击起爆临界阈值的一个重要方法, 是对热点的形成过程求解热传导方程进行研究. R i d e a l等[

2 ] 推导得到了热点增长过程中热点最小半径和热点临界温度间的关系.B o d d i n g t o n等[ 3] 给出 了热点升温的解析公式, 求出热点温度升高至 无穷大 所需的时间.T h o m a s [

4 ] 计算得到热点发生剧烈 反应时的临界温度, 和与之对应的冲击波输入能量的解析关系.目前工程上使用最为广泛的炸药冲击 起爆判据由 W a l k e r等[ 5] 首先提出 p

2 τ=c o n s t (

1 ) 式中: p 是冲击波加载压力, τ是加载时间, 等式右侧常数主要由炸药本身性质决定.由于可以较好地 表征炸药的冲击起爆现象, 这个判据得到了广泛的运用.章冠人[ 6] 通过推广 T h o m a s [

4 ] 的能量解析关 系, 以冲击波后炸药的均匀加热机制理论证明了这一判据, 此后给出了一种对该判据基于黏弹塑性热点 燃烧的细观证明[ 7] .对判据的修正和讨论方面, 胡双启等[ 8] 对该判据进行了热点高压区内侧向传播面 积的修正;

P e t e r等[ 9] 引入了点火延迟时间, 对判据进行修正以使之与实验结果符合得更好. 为了方便研究, 以前一般假设一个确定的热点尺寸和热点温度, 以代替具体的热点形成过程, 通过 考虑这个温度下热点的化学反应和化学放热, 来求解热点的热传导方程, 最终得到炸药冲击起爆条件下 热点尺寸和温度的临界关系.热点初始尺寸和温度的选择对计算结果有重要的影响, 但以往论证中的 取值往往没有经过严格的讨论和证明.此外部分论证[