论文题目: 炸药强爆轰驱动高速金属飞片的实验和理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程力学
作者: 赵峰
导师: 孙承纬
关键词: 强爆轰,多级爆炸装置,模型,电探针,瑞利泰勒不稳定性
文献来源: 中国工程物理研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以炸药强爆轰驱动超高速金属飞片的理论和实验作为研究内容,在学术上对于深化爆轰产物性能和强爆轰驱动理论研究具有较大的创新意义。爆轰驱动高速飞片问题是爆轰物理应用研究的主要内容之一,其研究结果对于基础科学、国防科技和国民经济建设的一些重要课题有很大的技术推动作用。 本文的第一章简要介绍了用于产生动高压研究材料高压状态方程的爆轰加载技术,系统综述了强爆轰波实验方法、诊断技术、状态方程参数、平面多级串联爆炸加载装置和会聚爆轰驱动等的研究概况。 本文的第二章叙述了刚性飞片撞击下炸药片中强爆轰波的传播和驱动次级飞片的理论模型的研究工作,通过对强爆轰解析模型的研究,提出了简单的模型,了解了强爆轰传播规律和加速飞片的原理。采用楔形实验方法,给出了两种炸药的强爆轰波传播速度的衰减行为。 本文的第三章采用动量、能量守恒的概念,针对多级炸药/飞片系统,发展了强爆轰驱动飞片的Gurney公式,结合一级飞片的一维推体公式,对这类串联装药系统进行了优化设计,并与二维有限元程序DYNA2D的计算结果进行了比较。这种优化设计的思想是基于给定末级飞片厚度和一级主炸药的质量,对一级飞片厚度和二级炸药厚度进行优化选取,给出了二级和三级串联装置的优化算例,对柱和球的会聚多级爆轰驱动也提出了优化的思路和条件。 本文的第四章主要介绍了开展的实验工作及其测量结果,包括一级飞片平面性测量、多级飞片速度测量、次级飞片速度的激光速度干涉仪VISAR测量以及高速飞片撞击静止靶的实验测量。 首先开展了平面强爆轰驱动试验,测量了一级飞片的平面性;设计了多级驱动的实验装置,采用电探针测量了一级、二级和三级飞片速度,进行了计算与测量结果的比较,并对测量结果进行了误差分析,给出了不确定度的估算结果。 采用激光速度干涉仪VISAR测量了强爆轰驱动次级飞片的速度历程,并将其与电探针测量结果作了比较。 我们采用了X光照相和电探针技术进行了超高速飞片撞击静止靶的实验研究。在一级炸药的驱动作用下,一级飞片撞击二级炸药,在二级炸药中形成的强爆轰驱动二级飞片高速撞击固定在支板上的静止靶。使用X光照相技术得到二级飞片加速飞行姿态及撞靶过程,使用电探针测量一级飞片撞击二级炸药前的速度及二级飞片撞靶时的速度。实验给出的高速飞片撞击靶的过程中,图像和参考物体图像清晰,可以看出飞片的飞行姿态无明显的变形和倾斜,未发生层裂,在图示的范围内旁侧稀疏效果不严重。试验获得了碰撞形成的破片云形状和发展过程。
论文目录:
第一章 强爆轰的基本概念和研究动态
1.1 研究目的和背景
1.2 爆炸加载装置
1.3 强爆轰产物性质的实验研究概况
1.4 多级爆轰系统的计算与实验研究
1.5 会聚爆轰驱动的ZABABAKHIN概念
1.6 强爆轰驱动飞片界面不稳定性
1.7 国内研究概况
第二章 飞片撞击下炸药块中强爆轰波的传播
2.1 刚性活塞驱动下炸药中的拟定态强爆轰波
2.2 飞片撞击平板炸药引起的冲击波的初始参数
2.3 刚性飞片撞击下炸药块中强爆轰波的传播与驱动模型
2.3.1 拟定态强爆轰波近似
2.3.2 线性近似强爆轰波模型
2.4 强爆轰波速度衰减的实验测量
第三章 二级炸药／飞片爆轰系统驱动飞片规律的理论研究
3.1 初级飞片速度计算
3.2 强爆轰炸药对次级飞片驱动的GURNEY模型
3.3 多级炸药驱动的数值模拟
3.3.1 二维动力学有限元程序DYNA2D简介
3.3.2 计算模型与计算结果
3.4 二级驱动实验模型参数的优化
3.4.1 给定飞片目标速度的模型优化
3.4.2 最大飞片速度的平面模型优化
3.5 三级飞片速度的计算
第四章 多级飞层速度的实验测量研究
4.1 爆轰驱动初级平板飞片的平面性研究
4.2 多级爆轰驱动实验装置设计
4.3 各级飞层速度的实验测量
4.4 实验结果和误差分析
4.5 强爆轰驱动飞片的激光干涉测速实验
4.6 超高速飞片撞击静止靶的实验
4.7 高速次级飞片击靶平面度及压力测量
第五章 平面、柱面和球面多级串联炸药／飞片驱动的比较
5.1 一维流体动力学程序SSS程序简介
5.1.1 状态方程
5.1.1.1 固态介质或分量的状态方程
5.1.1.2 气态介质或分量的HOM状态方程
5.1.1.3 气态分量的JWL状态方程
5.1.1.4 固、气态混合物的计算
5.1.2 反应速率方程
5.1.2.1 ARRENIUS律
5.1.2.2 C-J比容法
5.1.2.3 FOREST FIRE方程
5.1.2.4 燃烧模型
5.2 计算模型与计算结果
5.3 多级会聚爆轰驱动飞层优化设计问题的提法
第六章 强爆轰驱动飞片的流体力学界面不稳定性研究
6.1 流体力学界面不稳定性的基本类型
6.1.1 RAYLEIGH-TAYLOR(R-T)不稳定性
6.1.2 RICHTMYER-MESHKOV(R-M)不稳定性
6.1.3 KELVIN-HELMHOLTZ(K-H)不稳定性
6.1.4 材料强度性能对RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性的影响
6.2 RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性发展的主要阶段
6.3 界面物质可压缩性对不稳定性的影响
6.4 球形和柱形几何下界面不稳定性
6.4.1 理想不可压双层流体球形几何界面情况
6.4.2 理想不可压双层流体柱面情况
6.5 平面强爆轰驱动薄飞片过程中的不稳定性计算
6.6 柱壳馈通增长的RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性计算研究
6.6.1 柱壳扰动增长的耦合方程
6.6.2 弹性柱壳的一维运动方程
6.6.3 材料屈服后的刚粘塑性运动
6.7 球壳馈通增长的RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性计算研究
6.7.1 球壳界面扰动增长的耦合方程的推导
6.7.2 弹性球壳界面的径向运动
6.7.3 弹性球壳材料屈服后的刚粘塑性运动
6.8 飞片界面不稳定性发展计算结果
6.8.1 平面飞片前后界面扰动发展
6.8.2 柱壳内外界面扰动发展计算
6.8.3 球壳内外界面扰动发展计算
6.9 讨论
6.9.1 平面飞片和柱、球壳层材料模型对运动计算的影响
6.9.2 扰动发展计算分析
第七章 统一物态方程的计算研究
7.1 概述
7.2 VINET物态方程
7.3 PARSAFAR和MASON物态方程
7.4 热力学状态方程
7.5 完全物态方程的建立
7.6 状态方程参数的拟合
7.7 JB-9014的物态方程
7.8 几种材料的统一物态方程
第八章 本文工作总结
8.1 本文主要工作及结果
8.2 本文主要结论和创新
8.3 下一步工作方向
致谢
参考文献
附录 攻读博士学位期间发表和已录用的主要论文
发布时间: 2005-10-21
参考文献
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