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滑移爆轰驱动金属圆管及对碰区的研究

陈军  
【摘要】: 两个爆轰波对碰引起波后产物压力梯度增高,导致对碰滑移爆轰驱动金属 圆管有独特的运动规律。对碰区产物状态以及对碰驱动的研究涉及面十分广, 从内容来说,不但要研究惰性介质在爆轰波作用下的变形运动和断裂过程,还 要研究冲击压缩下爆轰产物的性质,爆轰波反射及相互作用规律,以及高应变 率下材料的动态力学特性等。本论文从理论、实验及数值模拟三方面系统地研 究了对碰驱动下金属圆管的变形过程。 在综述了有关研究状况、爆轰产物物态方程和爆轰驱动数值模拟方法之 后,本文建立了轴向、径向稀疏影响下对碰区爆轰产物流场压力随时间的衰减 历史的理论近似解;在一定假设条件下,给出了滑移爆轰驱动金属圆管运动规 律的近似理论分析,利用膨胀圆柱壳裂纹贯穿的Taylor判据,讨论了对碰驱动 以及非对碰驱动金属圆管破裂时刻的膨胀速度。 利用闪光X光照相实验、光学高速分幅照相实验,测得了金属圆管外壳的 膨胀、变形过程以及断裂信息。本文对爆轰驱动实验技术进行革新,用脉冲氙 灯前、后照明改进了光学高速分幅照相测试照明技术,代替了昂贵的炸药光 源,得到样品前界面及轮廓清晰的实验照片。利用滑移爆轰内爆压缩技术,实 现了紫铜圆管的密封,对发展爆炸阀门快速密封的实验技术有较大应用价值。 由于爆轰波的相互作用使对碰区爆轰产物参数发生突变,对碰产生的两个 冲击波朝着相反方向传播,流场变化复杂、剧烈,因此精细数值模拟计算的困 难很大。本文基于拉格朗日计算方式编制的二维流体动力学程序可以精确模拟 爆轰波相互作用、滑移爆轰对碰驱动过程。本文编制的二维拉格朗日流体动力 学程序TTD2C对爆轰产物流场以及金属圆管运动的数值模拟得到的结果与近似 理论分析及实验结果符合很好,说明本文发展的二维程序作为一种实验设计手 段是可靠的。本文还利用LS-DYNA三维有限元程序对内爆压缩金属管进行了数


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