钝感炸药的化学反应速率和超压爆轰理论研究

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本文主要介绍了钝感炸药的冲击起爆过程化学反应速率以及超压爆轰产物状态本构关系。首先研究了钝感炸药冲击起爆的机理,对国内外描述钝感炸药起爆过程中各种化学反应率的唯象模型进行了概括。并以一种典型的钝感炸药PBX-9502为例,利用稳态爆轰波的定常条件,结合爆轰反应区中的实验质速史,提出了一种对定常爆轰反应区流场进行拉格朗日分析的方法,并依据该方法的结果确定出一种高压反应速率方程的形式。再将之与Kim提出的球壳元胞的热点反应速率组合,得到PBX-9502炸药高、低压两项总的反应速率模型。并将之加入到特征线方程,通过观察炸药内不同Lagrange位置的压力和粒子速度剖面结果表明,较好地得到了炸药的爆轰距离和爆轰时间;起爆后的波形增长图也符合实验和理论结果。本文还研究了超压爆轰产物状态方程。由于超压爆轰状态下标准的JWL产物状态方程的Hugoniot冲击压力和声速与实验数据存在较大差别,所以标准的JWL产物状态方程对CJ点以上的超压爆轰并不适应。本论文在P.K.Tang在研究炸药超压爆轰产物状态时对JWL方程进行改进的基础上,利用中国工程物理研究院化工所提供的部分超压爆轰实验值和读取P.K.Tang的PBX-9502超压爆轰实验图像素点,采用全局优化的遗传算法对超压爆轰Hugoniot冲击压力和声速同时进行拟合得到三种超压爆轰状态下的改进的JWL状态方程。并将三组超压修正JWL状态方程嵌入DYNA-2D程序,通过对超压卸载实验的模拟,采用超压修正JWL状态方程可以很好模拟炸药在超压状态下较短的稀疏波追赶时间。
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