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《中国工程物理研究院北京研究生部》 2003年
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低幅值冲击条件下带壳炸药反应烈度的研究

李涛  
【摘要】: 核武器初级的安全性研究中,高能炸药在意外事故条件下是否会产生持续放能的化学反应(点火)及相应反应烈度(放能速率)的量化评估是研究的核心问题。本文主要通过Susan药柱撞击感度试验和有约束的隔板试验,研究以HMX为基的两种高能炸药(JOB9003和GO-924)在低于SDT冲击压力下的反应特性。 本文的研究内容主要包括: · 在受试炸药经历低应力大变形过程的Susan试验中,同时采用高速摄影、闪光X射线照相对弹体的撞靶过程进行了拍摄,得到了壳体膨胀变形过程图像,并使用前照明技术观察到了铝壳表面产生的裂纹及其发展变化过程;从压力传感器测量的空气冲击波超压曲线,获得反应释放总能。 · 通过试验结果和数值模拟的壳体边界和径向膨胀速度的对比分析,发现带炸药弹体在以120m/s左右的速度撞击钢靶后,经历了相当长时间后才产生反应,且此时壳体的膨胀速度仅在百米每秒的水平,远低于爆轰驱动下能达到2000m/s左右的速度。 · Susan试验后回收的碎片大小与爆轰反应情况下的碎片尺寸的区别,也说明了仅产生了低烈度的化学反应。从数发试验回收的钢托的表面烧蚀痕迹,可判断相近撞击速度下反应的烈度不尽相同。 · 对另一类经历中低应力(约2GPa水平)加载的隔板试验进行了初步的分析研究。经历较小变形的炸药在入射压力变化很窄的区间内分别呈现了不同烈度的化学反应,即从无反应、温和化学反应、反应中止现象、爆燃、爆轰反应,此区段应是进一步研究的重点。对在后一类试验中起主要作用的反应的引发和发展机制进行了初步的探讨。 · 采用有限元程序LS-DYNA对两种试验进行了初步模拟。由于缺乏材料参数,对炸药选取弹塑性本构模型,因此可能导致计算结果较真实情况有一定偏差。另外,利用现有的点火增长反应速率模型对两种试验进行了初步的计算。但由于实际问题的复杂性,计算模型的适用性和参数的选取还有待于进一步研究。 本论文力图对所关心的炸药品种在实际受试过程中发生的化学反应的起始机制、反应烈度进行量化跟踪测量,结合其宏观表象对炸药的安全性进行分析。目前的讨论和分析在很大程度上仍是定性的,对反应烈度的认定仅在量级水平上,但与原有的对过程图像的认识相比,本文所得出的结论和分析,对所关心的炸药品种的安全性分析取得了许多值得注意的信息。鉴于目前的实验仅完成了初步阶段工作,取得的反应烈度的量化信息还是间接的,仅能初步定量说明过程的特征。为获取更直接全面的量化信息,对炸药中反应压力的增长以及对与炸药紧邻的衬层(外壳)被驱动加速历史的测量工作还需继续开展,以取得更为充分的过程信息,对所关心的武器安全问题进行更为深入的分析。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院北京研究生部
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TJ910

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