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温压药在有限空间内爆炸冲击波的实验研究及数值模拟

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炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟.

炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟.

文章编号:1008-2956(2002 02-0017-05炸药冲击波激励气体辐射的数值模拟丁玉奎1, 王海丹2, 高敏1(11军械工程学院弹药工程系, 河北石家庄050003(21石家庄幼儿师范学校理科组, 河北石家庄050001摘要:建立了炸药冲击波激励气体辐射的物理模型和数学模型。

用MMIC -2D 算。

分析了冲击波作用下气体的流动特性, 。

关键词:冲击波; 气体; 辐射; 数值模拟; 模型中图分类号:TJ41011文献标识码:, , 从描述物质运动规律的偏微分方程, 由于爆炸过程非常短暂且复杂, 现有的测试手段有限, 很难把。

而随着计算机科学的飞速发展, 采用计算机数值计算和数值模拟已经能够得到接近于实际的全流场的形象显示。

所以, 数值模拟在爆炸力学领域得到越来越广泛的应用。

常用的数值计算方法有Euler 方法、Lagrange 方法和Euler -Lagrange 混合方法三大类。

本文用以Euler 方法为基础的MM IC —2D 软件对实验装置进行二维轴对称数值模拟, 以揭示炸药的作用原理, 讨论流体流动特性, 描述工作气体参数的空间分布及随时间的变化规律。

1物理模型目前, 在数值模拟计算程序中的物理模型都是用炸药柱激励气体, 研究有关的特性, 这种物理模型与本文中的炸药柱形状有很大的区别, 尚无法直接用现有的程序进行计算。

本文在数值计算中建立了简化物理模型, 见图1所示。

用MM IC -2D 软件进行数值模拟计算。

对物理模型采用炸药左端面起爆进行数值模拟和分析。

炸药爆炸后, 将能量依照炸药几何形状向右传递。

炸药的爆轰过程是一个具有强间断的过程, 采用流体力学的计算程序来模拟爆轰波的传播过程, 为了计算格式的同一性, 一般仍采用使间断解光滑化的办法来处理。

在引进人工粘性使间断面光滑成一个过渡区的同时, 也引进了一个从0～1变化的人为燃烧函数, 使得炸药化学反应释放的能量按一定的规律逐步释放。

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究许珂;李秀地;毛怀源;芦天翊【期刊名称】《爆破》【年(卷),期】2018(035)003【摘要】为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道.利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形.通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征.试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍.利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99.表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力.【总页数】7页(P42-48)【作者】许珂;李秀地;毛怀源;芦天翊【作者单位】陆军勤务学院军事设施系,重庆 401311;陆军勤务学院军事设施系,重庆 401311;陆军勤务学院军事设施系,重庆 401311;陆军勤务学院军事设施系,重庆 401311【正文语种】中文【中图分类】O389【相关文献】1.温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究 [J], 耿振刚;李秀地;苗朝阳;方浩2.坑道口部B炸药爆炸冲击波传播速度模型试验研究 [J], 任新见;张庆明;薛一江3.坑道内冲击波冲量传播规律的试验研究 [J], 李秀地;郑颖人;郑云木;辛凯4.坑道内温压炸药的爆炸热效应研究 [J], 闫潇敏;苏健军;李芝绒;苟兵旺;张玉磊5.复杂坑道内温压炸药冲击波效应试验研究 [J], 苟兵旺;李芝绒;闫潇敏;张玉磊;潘文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于均匀实验设计的温压战斗部爆炸冲击波毁伤仿真研究

基于均匀实验设计的温压战斗部爆炸冲击波毁伤仿真研究

军 械 工 程 学 院 学 报
拟， 同时进行 了密 闭空 间 状态 温 压 弹 静爆 压 力 场 实
验研 究 ， 出 了一 定 的规 律性 认 识 。黄 广 炎 等 对 得
腔室 爆炸 冲击 波 的传 播 和毁伤 特性进 行深 入 的数 值
分析 。
笔者 以固定药 量和 固定起 爆点 等确 定条件 下温 压 战斗部 爆炸 冲击 波对 地下 目标 的毁伤 试验 为研究 对 象 ， 计利 用 Ｌ — ＹＮＡ 有 限元 软 件 开 展 毁 伤 仿 设 ＳＤ 真模 拟 的基本 方 案 ， 在合 理 分 析 冲 击 波毁 伤 影 响 因 素的基 础上 ， 计 了均 匀 试 验 方案 。以方 案 中影 响 设 因素水 平 的 更 改 模 拟 现 实 试 验 中不 可 控 因 素 的 影 响 ， 获得 相应 毁伤数 据后 ， 在 利用 正态 分布 检验 图和 Ｂ ｏ ｓｒｐ法对仿 真数 据 的分布 特性进 行 了研究 。 ｏ ｔｔａ
近 年来 ， 压 战 斗部 爆 炸 冲击 波 毁 伤 效 能 的研 温
伤 问题 时 ， 有必要 充 分 分 析 引 起试 验值 差 异 的不 可 控 因素 ， 并通 过合 理 改 变 仿 真模 型参 数 的方 式 来 模 拟 不可 控 因素 的变 化 ， 得 更 加 贴 近 于 实 际情 况 的 获 仿 真结果 。 目前 ， 究人 员 主要 集 中 于利 用 Ｌ — 研 ＳＤＹＮＡ 有 限元 软件 对 温压 战斗 部爆 炸 以及 冲击波 毁伤 问题 开
针对 温压 战斗 部 于坑 道 口处爆 炸 的情 况 进行 研 究 ，
Ｌ — ＮＡ 仿 真 软 件 具 有 Ｌ ｇａ ｇ 、 ｕｅ ＳＤＹ ａ ｒｎ ｅ Ｅ ｌ ｒ和 ＡＬ Ｅ三种算 法 。Ｌ ｇａ ｇ ａ ｒｎ ｅ算 法一 个 单 元 里 面 只 能 是一种 物质 ， 其单 元 网格附着 在材 料上 ， 随着 材料 的 流动 而产生 单元 网格 的变形 ， 但在 结构 变形 过大 时 ， 有可 能造成 有 限元 网格 严 重 畸 变 ， 起数 值 计 算 困 引 难 。其主 要 用 来 定 义 固 体 材 料 。Ｅ ｌ ｕｅ ｒ和 ＡＬ 算 Ｅ 法可 以有效 克 服单 元严 重 畸变 引起 的计 算 困难 ， 一 个单 元可 以包含 不 同的材 料 ， 只有 这 样 才能 在 空 也 问网格 中完成 物质 的输送 ， 实现 流 体 固体耦 合 的 并 动态 分析 。在 爆炸 模 拟分 析 中 ， 主 要 用 来定 义 炸 其 药、 空气 和水等 流体 物质口 ］ 。 ２ 算 法控 制 ）

RDX炸药爆发点试验及热作用过程数值模拟分析

RDX炸药爆发点试验及热作用过程数值模拟分析

第２３卷增刊２００３年４月北京理工大学学报ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＢｅｉｊｉｎｇＩｎ．ｓｔｉｔｕｔｃｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｉ２３Ｓｕｐｐｌ．Ａ”２００３ＲＤＸ炸药爆发点试验及热作用过程数值模拟分析陈朗１，张蕊“２，冯长根１（１．北京理工大学爆炸与安全科学周家重点实验塞，北京１０００８１；２．陕西应用物理化学研究所．西安７１００６１）麓叠：对一种改性的ＲＤＸ炸药进行了爆发点试验，并用热传导理论对实验中炸药热作用过程进行了数值模拟分析．在模拟计算中，考虑到了炸药本身的反应放热．获得了炸药内部温度分布，分析了点火位置和点火延滞期。

结果表明，ＲＤＸ炸药爆炸延滞期随着环境温度的升高而减小。

炸药内部会形成局部高温区，高温区的炸药首先发生点火。

导致整个炸药爆炸．关ｔ词ｚ炸药；热点火；数值模拟Ｔｈｅ５ＳｅｃｏｎｄＤｅｌａｙＴｉｍｅＴｅｓｔａｎｄＩｔｓＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＲＤＸＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓＣＨＥＮＬａｎｇ’，ＺＨＡＮＧＲｕｉ’’２１ＦＥＮＧＣｈａｎｇ－ｇｅｎｌＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｒｓｃ渤ｏ％ｏｆＥｘｐｉｏｓｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｓｌｐ．ｓｔｉｍｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎ９１０００８１。

Ｃｈｉｎａ２ＳｈａａａｘｉＡｐｐｌｉｅｄｐｈｙｓｉｃａＩ－ＣｂｏｍｉｃａｌＲ∞ｗｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’¨７１００６１．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒｔｈｅ５ｓｅｃｏｎｄｄｅｌａｙｔｉｍｅｔｅｓｔｏｆａｋｉｎｄｏｆＲＤＸｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔＴｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｂｅｉｎｇｈｅａｔｅｄＷａＳｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｒｅａｃｔｉｏｎｈｅａｔＷＢＳｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅＷａＳｇｉｖｅｎＴｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｄｅｌａｙｔｉｍｅｏｆｔｈｅｉｇｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｇｎｉｔｉｏｎｄｅｌａｙｔｉｍｅｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｃｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＴｈｅｐａｒｔａｒｅａｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｐｐｅａｒｓｉｎｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅ．Ｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅｉｇｎｉｔｅｄｆｉｒｓｔｌｙｔｈｅｎｔｈｅａｌｌｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｄｅｔｏｎａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ；ｔｈｅｒｍａｌｉｇｎｉｔｉｏｎ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１引言现代战争对武器弹药的安全性要求越来越高。

受限空间可燃气体爆炸数值模拟共3篇

受限空间可燃气体爆炸数值模拟共3篇

受限空间可燃气体爆炸数值模拟共3篇受限空间可燃气体爆炸数值模拟1受限空间可燃气体爆炸数值模拟随着现代工业的发展，使用可燃气体的设备和工具越来越广泛，而受限空间内的气体爆炸则可能带来严重的危害。

为了深入研究受限空间可燃气体爆炸的规律，许多科学家和工程师开展了大量的研究工作。

在这些研究中，数值模拟已经被证明是一种有效的方法。

本文将深入探讨受限空间可燃气体爆炸的数值模拟方法和相关研究成果。

受限空间可燃气体爆炸是指在密闭或部分密闭空间内，由于气体中可燃物质的浓度超过了爆炸下限，当热源或点火源出现时，空间内的气体发生爆炸而引发事故。

这样的事故可能会造成严重的人员伤亡和财产损失。

因此，对于受限空间可燃气体爆炸的研究已经引起了广泛的关注。

数值模拟是一种重要的研究方法，它能够模拟真实环境中的各种物理现象，如流体力学、热传导等。

在受限空间可燃气体爆炸的研究中，数值模拟也被广泛应用。

数值模拟可以帮助研究人员深入了解气体爆炸在缩放模型中的行为，研究爆炸的发生机理和影响因素，并预测事故的可能性和危害程度。

现在，常用的数值模拟方法主要有两种，即欧拉模拟和拉格朗日模拟。

欧拉模拟是一种基于物理模型的数值模拟方法，它主要通过求解基本方程组，如动量方程、能量方程和质量守恒方程，来分析流动问题和热传导等现象。

欧拉模拟可以考虑气体的压缩性和温度变化等因素，有较高的精度和可靠性。

但是，在处理流动中的非线性问题时，欧拉模拟可能会出现数值耗散或不稳定等问题。

相比之下，拉格朗日模拟则是一种优秀的数值模拟方法。

该方法基于粒子的运动状态，可以准确地模拟流体的运动。

在受限空间可燃气体爆炸的研究中，拉格朗日模拟经常被应用于爆炸物体以及火焰传播过程的研究。

通过对流体中每个粒子的运动状态进行跟踪并计算，可以非常准确地模拟出爆炸和火焰传播的过程。

虽然欧拉模拟和拉格朗日模拟各有优劣，可以根据具体问题选用不同的数值模拟方法。

但无论采用何种方法，都需要满足数值模拟的准确性和可靠性的要求。

某温压炸药的爆炸特性研究

某温压炸药的爆炸特性研究

某温压炸药的爆炸特性研究本文对温压炸药的爆炸特性进行研究,主要从爆轰参数、野外静爆条件下的冲击波参数、有限空间内的冲击波特性这三个方面进行了分析。

对温压炸药的爆速和爆压进行了计算与试验研究,获得了可靠的计算方法,由计算结果可知温压炸药兼具高能炸药和云爆剂体积爆炸的特点,且铝粉含量越高,其爆速与爆压值越小。

通过野外静爆试验对比温压炸药和TNT的冲击波参数,可知不同距离处温压炸药的入射压、正压作用时间及入射冲量均高于TNT；对比不同含铝量温压炸药的冲击波参数,可知铝粉含量在30%左右的冲击波参量比较理想。

借助爆炸相似律,得到温压炸药爆炸超压的TNT比当量为1.76,在本文的试验条件下,温压炸药爆炸反应的能量利用率为65.41%,组分中含有的可燃元素(Al、C、H)并没有完全反应。

对有限空间静爆试验测得的冲击波压力—时间曲线分两个部分进行分析,结果表明,第一部分为冲击波未发生反射之前的压力变化,其初始参量与变化规律都与开放空间一致；第二部分为初始冲击波经过壁面反射后的压力变化。

冲击波参数数据显示,第二部分作用时间可达到270ms左右,是主冲击波正压作用时间的90-250倍；总冲量较大,最高可达到4000Pa·s左右,是主冲击波冲量的20-200倍；每条压力时间曲线上都有6-17个脉冲峰。

利用有限元分析程序AUTODYN对有限空间内温压炸药的静爆过程进行数值模拟,模拟结果与试验值相比,超压值较小,正压作用时间较大,冲量吻合较好。

模拟得到的冲击波云图显示,在40ms 内,冲击波在侧壁面发生两次反射、顶部两次反射以及空间内两次聚焦,聚焦点的压力最高达4MPa。

由冲击波到达时间随距离的变化关系曲线以及爆炸火球的发展曲线可知,在爆炸后5.3ms-5.8ms左右,冲击波与后燃反应之间产生相互的支持推动作用,后燃反应使冲击波的衰减速率逐渐降低,冲击波加强了后燃反应,爆炸火球半径达到1.7m-2.1m。

温压炸药爆炸性能实验与数值模拟

Beijing Institute of Technology, Beijing, 100081）
Abstract：Equal quantity HMX base TBX and TNT explosive of 5kg charge mass were initiated in the static free field, the shock wave effect and heat effect data of the two explosives were obtained. Results show that, the overpressure ΔP and impulse I of TBX have significantly promoted compared to TNT, in the largest position, the increments were 53.6% and 35.6%, respectively. Meanwhile, the explosion fireball temperature and dimension of TBX are much higher and greater than that of TNT. The explosive performance of TBX was simulated by using Autodyn2D software, the results are in good agreement with the experimental data.
高速摄像仪
爆心
60℃ R=100
红外测温仪
m
压力传感器
Fig.1
图 1 实验布局示意图
Diagram of layout between experimental device and explosion center

温压弹（THERMOBARICWEAPONRY）

温压弹（THERMOBARICWEAPONRY）展开全文温压武器(Thermobaric Weaponry)亦称温压弹、气爆弹和窒息弹，是指采用温压炸药的弹药，可为炸弹、单兵榴弹、火箭弹甚至导弹。

“温压弹”主要利用温度和压力效应产生杀伤效果，引爆后会发生剧烈燃烧，大量向四周辐射热量，同时产生高压冲击波。

“温压弹”产生的高热和冲击波无孔不入，这种在有限空间中爆炸时独特的杀伤效应是传统弹药，尤其是以碎片或金属射流作为主要杀伤手段难以比拟的，比开放区域中要高出50%～100%，特别适合于杀伤洞穴、地下工事、建筑物等封闭空间内的敌人。

“温压弹”自20世纪80年代以来越来越受到重视，已在80年代的阿富汗战争及近年的车臣战争和伊拉克战争中一展身手，研制国家也从俄、美两国逐渐扩大到保加利亚、英国、瑞士、朝鲜等多个国家。

“温压弹”与60年代出现的燃料空气弹在工作原理、杀伤机制等方面有许多相似之处，二者同属于气爆武器(Volumetric Weapon)，但又各有特点。

燃料空气弹装有大量燃料和少量的传统高爆炸药，引爆后高爆炸药首先爆炸，使燃料散布到周围空气中，并与空气混合后形成气溶胶云；气溶胶云是空气混合成的可爆燃云团，随后被点燃，产生温度高达1300～1500℃的大火球，二次引爆产生高温高压杀伤敌人，在山洞和防空洞这类封闭空间中这种炸弹效果成倍显著。

战机常将温压炸弹扔在山洞洞口，或将温压炸弹从洞口投入山洞中。

轰炸过后，洞内的人有的被烧死、有的窒息而死，即使火海中九死一生的人也难逃高压挤破内脏，或被沿着洞壁来回冲荡的冲击波震死的噩运。

而特别设计的温压弹却不会让山洞坍塌，便于调查人员进入山洞验尸。

2001年，美军首次在阿富汗战场上使用了温压炸弹。

美军使用了被称为“滚球”(DaisyCutter)或“BigBlue”、重达6750千克的BLU-82B巨型温压弹。

这种炸弹长3.6米，直径1.37米，弹壳厚仅为6.35毫米，内装重约5715千克的硝酸铵、铝粉和聚苯乙烯的稠状(slurry)混合物。

爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究

i, j i, j
t
n+ 2
= t + 2Δt n
n
式中 , c 为当地声速 ;μ为系数 , 取 0 . 95 . 按照上述格 式 , 依次沿 r 和 z 方向计算一次 , 再由式 ( 2 ) 得到 n+1 W ij ; 然后依次沿 z 和 r 方向计算一次 , 再由式 ( 3 )
n+2 得到 W ij , 如此完成一个时间层计算 . 反复进行 , 直 至指定时刻停止计算 . 1. 3 初始条件和边界条件 爆炸容器内部流场以某一马赫数划分为近场和
Numerical and Experimental Study on Internal Blast in Explosion Chamber
RAO Guo2ning , HU Yi2ting , C H EN Wang2hua , P EN G J in2hua
( School of Chemical Engineering , NU ST , Nanjing 210094 , China)
弹
道
学
报
J o urnal of Ballistics
Vol. 20 No . 1 March 2008
爆炸容器内部爆炸的数值模拟和实验研究
饶国宁 ,胡毅亭 ,陈网桦 ,彭金华
( 南京理工大学 化工学院 ,南京 210094)
摘要 : 运用二阶精度 TVD 差分格式对平板封头型爆炸容器 ( 长径比为 1∶ 1) 在内部爆炸载荷作用下的爆炸流场进行 了数值模拟 ,得到内部流场的规律 . 数值模拟表明 ,在筒体和封头的结合处会形成三波汇聚的现象 ,压力急剧增加 , 正压作用时间变长 . 实验研究爆炸容器内壁面在不同药量 TN T 作用下的爆炸载荷大小 ,拟合得到超压 TN T 基准 方程 ,探讨了在爆炸容器内实现对含铝炸药威力评价的方法 . 含铝炸药 RDX/ Al 在比例距离 1. 77 处的超压 TN T 当量平均值为 1. 22. 关键词 : 爆炸容器 ; 威力评价 ; 超压基准方程 ; 含铝炸药 ; TVD 格式 中图分类号 :O381 文献标识码 :A 文章编号 :10042499X ( 2008) 0120076204

空间爆炸冲击波的数值模拟

空间爆炸冲击波的数值模拟空间爆炸冲击波的数值模拟⼀：⽆限空间爆炸如图所⽰，半径为7.0cm的圆柱形TNT装药，质量为5.018Kg从炸药中⼼单点起爆后在⽆限空间中传播。

试分析起爆后冲击波的传播及压⼒分布特性。

⼆：建模分析1材料模型及参数设置本数值模拟采⽤的基本材料为TNT炸药，空⽓。

在⽆限空⽓领域中传播。

1）空⽓空⽓简化为⽆粘性理想⽓体，冲击波的膨胀假设为等熵绝热过程以LS_DYNA中的*MAT_NULL材料模型和线性多项式状态⽅程*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL⽅程来描述。

*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL⽅程具体表达式为：式中C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6是与⽓体性质有关的常数，C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = C6 = 0, ;，、e0及分别为⽓体的初始密度、密度、初始单位体积内能和绝热指数。

空⽓材料的模型参数取值：=1.292910-3g/cm3, e0=2.5×105Pa,=1.4。

表 1 空⽓状态⽅程参数2) 炸药以LS_DYNA 中的*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型和*EOS_JWL⽅程模拟TNT炸药。

*EOS_JWL⽅程的表达式为：式中，P为压⼒，V为相对体积，即爆轰产物体积与炸药初始体积之⽐；E0为炸药的初始⽐内能，即单位体积内能。

A、B R1、和R2是与炸药性质有关的常数。

炸药模型的各参数取值：密度g/cm3, 爆速D=0.693cm/, 压⼒PCJ=0.27105MPa，A=3.74105MPa, B=0.0733105MPa,R 1=4.15,R2=0.95,=0.3,0=0.07105MPa。

如下表：表2 炸药材料参数变量MID RO D PCJ BETA K G SIGY表3 JWL⽅程参数变量EOSID A B R1 R2 OMEG E0 V数值 1 3.74 0.073 4.15 0.95 0.3 0.07 1.0由于LS_DYNA在爆炸分析中⽤的基本单位为-ｇ-的单位系统，故表1-3中各参数取值由m-㎏-s单位换算得到。

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收稿日期 : 2009-0328; 修回日期 : 2009-06-23
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时 ,首先在转弯前角发生绕射 , 遇到后壁又会发生强 烈的反射 , 这都会造成空间压力分布的变化。 李 媛媛 [12 ] 发现在半密闭条件下由于反射超压曲线会 出现不同程度的上升 , 因此 ,研究冲击波在有限空间 的传播是评估温压药杀伤效果的重要基础。 本试验对温压药柱在有限空间内的爆炸冲击波 传播进行了研究 , 利用 LS-DYN A有限元程序对经 过当量换算的温压药柱进行了有限空间内的爆炸模 拟 , 希望得到冲击波在有限空间的传播及压力分布 规律 , 并验证试验数据。
图 2 爆炸后的超压测试结果 Fig. 2 Th e results o f ov erpressure ex periment
2 结果与讨论
图 2为其中 1发温压药柱的不同传感器超压波 形的测试结果 ,超压数据见表 1 。 由于 1号和 3 号传感器在地面 ,根据冲击波传播 的 基本原理可知 , 图 2( a )、 ( c)的第一个超压峰值为 马赫波 , 后面跟随两个小峰为正面墙壁和侧面墙壁
that ge ner ated by ther mobaric co lumn ex plo ding in limited space is tested. The ov erpressure curv es in different distances a re obtained by ex periment a nd numerica l simula tion. The results sho w that the ov e rpressure curv e of limited space has ma ny peaks, which is diffe rent fro m ov er pressure curv e of limitless spa ce that has o nly o ne peak. This pheno menon is caused by the str uc ture of limited space. Th ro ug h thr ee-dimensional numerical simula tion using L S-DYN A so ftwa re, the pro pag atio n pro cess in differ ent distances ar e analyzed. T he numerica l results ar e in ag reement with the ex perimenta l results. Key words: explosio n mechanics; th ermo ba ric column; limited spa ce; sho ck wav e; numerica l sim ulatio n
- 1 1. 29 × 10- 3 g /cm3 , E 02= 2. 5 × 10 M Pa。
综合以上测试结果可知 , 多峰值超压是有限空 间的特征。 有限空间拐角处的第二、三超压峰值会超 过第一峰值。在杀伤方面 ,靠近墙壁处的多峰值冲击 波和距炸点较宽的峰宽都会对杀伤起到重要作用。
3. 2 计算结果分析 在进行数值计算前 , 对模型进行了几个假设: 水 泥墙壁与水泥地面被当成刚性壁来处理 , 即假定墙 体不通过弹塑性变形来吸收爆炸所释放的能量。 假 定有限空间与外界完全隔绝 , 没有气体泄露。炸药假 设在中心起爆 , 这样做可以部分抵消人工黏性的抹 平作用导致的计算压力峰值的偏低 。 图 5为不同时刻冲击波的传播状态 。 由图 5( a ) 可以看出 , 爆炸初期冲击波以球面波的形式向四周 传播 。 由图 5( b )可看出 , 经过 2. 9 ms 的传播状态 , 由 于初始冲击波作为一个强间断面 , 其运动速度大于 爆轰产物的速度 , 在传播一段时间后会造成压力波 阵面和空气与爆轰产物发生分离 , 在冲击波和已脱 离的爆轰产物间会形成一个负压区 , 冲击波后面的 压缩空气开始反向膨胀 , 形成膨胀波。 通过模拟还发现 , 冲击波在垂直于障碍物相遇 后 , 会产生反向的反射波 , 由于冲击波被 障碍物挡 住 ,介质的质点速度迅速降至零 ,因此冲击波在固壁 上反射后介质受到了强烈的压缩 , 反射波阵面上的 压力则会比入射波的压力大很多 , 而且障碍物前的 介质密度会剧烈升高 , 如图 6所示。
复杂反射导致局部压力升高 [10 ] , 当冲击波遇到转角
引 言
温压弹兼具普通高爆炸弹和燃烧弹的优点 , 在 战场上尤其是对于有限空间内的生物有很好的杀伤 作用 。 Sauer 等 利用装药量距爆心距离的比例 关系 ,采用多项式进行数据拟合 , 但拟合效果并不太 理想。 Astbury [8-9 ]等在房间大小的封闭体内进行了 爆炸试验研究 , 发现冲击波遇到固壁会发生正反射 以及马赫反射 ,因此壁面附近的压力会大幅增加 。 而 冲击波在经过弯曲巷道时 , 衰减速度变慢并会发生
( 2)
式中: Δ p m 为入射波压力 ; p0 为标准大气压 ; H 0为 被测点的冲击波入射角 。
表 1 压力和峰宽测试结果
Tabl e 1 Th e experiment al resul t s of pres su re and peak w idt h
爆轰产物的压力采用 JW L方程描述: k Z - R /Z k Z - R /Z je p= A 1- R1 e 1 + B 1- R2 e 2 + k Z d 式中 : Z = d/d j ; e 为炸药单位质量内能 ; d j 为参考 密度 ; d 为总体 材料密度 ; A , B , k , R1 , R 2 为常数 。 本研究炸药参数取为: d j = 1717kg /m , A = 5. 24 × 10 Pa, B = 0. 07678 × 10 Pa , R 1 = 4. 2, R 2 = 1. 1, k = 0. 34, e= 4. 95 × 10 J /kg , D= 7 980 m /s。 在 LS-DYN A中空气状态可通过理想状态方程 (V 律状态方程 )来描述 [12 ]:
t /ms 0. 7 1. 1 1. 0 0. 7 1. 5 47. 6
注 : S 为 传 感器 距炸 点 的距 离 ; t 为 峰宽 ; p 为 峰高 ; * 表示超压曲线前两个主峰的超压峰值 。
式中 : p′ 为空气压力 ; V 为气体热指数 ; d 2 为空气 相 对密 度 ; E02为 空气内 能 , 分 别取 V = 1. 4, d 2=
第 32卷第 5期 2 0 0 9年 1 0月
DOI : 10. 14077 /j . i ssn. 1007 7812. inese Journal of Explosives & Propel lants
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温压药在有限空间内爆炸冲击波 的实验研究及数值模拟
的反射波 , 反射波峰值很小。 图 2( b)、 ( d)的超压曲 线存在两个较高峰值 。 这是因为 2号和 4号传感器在 距地面 1. 5m 高的壁面上 , 因此可以判断第一峰为 正反射冲击波 , 第二峰值为反射冲击波和其他波的 合成波 , 两峰时间差约 20 ms。 5号传感器在屋内拐 角地面上 , 所以图 2( e)中第一峰为马赫波 , 第二、 三 峰值为反射波的叠加作用结果 , 峰值超过第一峰值 。 6 号传感器在两房间的通道地面上 , 同样会发生马 赫反射和复杂的反射波叠加 , 因此图 2( f )与 5 号传 感器测得的波形相似 , 只是因为距离较远压力有所 下降 。 传感器测得冲击波超压的压力和峰宽见表 1 。 由表 1可看出 , 在有限空间中 , 随着距炸点距离 的增加 ,压力峰值总体呈下降趋势 。 而在相同的距离 ( 2. 5 m ) , 有限空间 (图 2( c ) )和开阔空间 (见图 3)测 得的马赫反射波压力相近 , 都在 230 kPa 左右 。 有限 空间中 3号传感器比 2号传感器距离爆心近 , 但是压 力较低 , 这是因为 3号传感器放置在地面 , 测到的是 马赫波压力 , 而 2号位于墙壁上 , 因此测得的第一个 峰值是正面反射压力峰值 , 根据正反射 (公式 1)和马
图 1 试验场地布置 Fig. 1 Ar rang ement of ex perim ent place
为了研究冲击波在有限空间的传播规律 , 找出 温压药柱爆炸对于有限空间不同位置的作用情况 , 在距炸点的不同距离布置了 6 个传感器 , 其中 1 号和 3号放置在地面 , 2号和 4号放置在墙壁上 , 5号放置 在拐角处 , 6号放置在通道地面 , 见图 1 。
第 32 卷第 5 期
陈 昊 ,陶 钢 , 蒲 元 : 温压药在有限空间内 爆炸冲击波的实验研究及数值模拟
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赫反射的公式 (公式 2)计算可知 , 正反射波压力高于 入射波压力的 2 倍 , 而对于 2号传感器 , 公式 ( 2)中 H0 = 73 ° , 可知马赫波压力低于入射波的 1. 3倍 , 因此在 入射波压力相近的情况下 , 正反射波压力要大于马赫 波压力 。 同样 , 4 号传感器比 5号远 ,但 4号的第一个 峰值大于 5号的峰值。 正反射压力
2 E02 p = (V - 1)d ′ 6 11 11 3
传感器序号 1 2 3 4 5 6
S /m 1. 9 2. 6 2. 5 3. 2 3. 0 3. 9
p /kPa 606. 8 325. 0 /271. 0* 229. 2 243. 6 /240. 5* 102. 5 /157. 4*
* 69. 0 /95. 6
Experiment Study and N umerical Simulation of Shock Wave Generated by Thermobaric Column Exploding in Limited Space
C HEN Hao , T AO Gang, PU Y uan ( Co llege o f Po we r Eng ineering , N anjing U niv e rsity of Science and T echnolog y , N anjing 210094, China) Abstract : Th e co nnected limited and limitless space ar e desig ned a nd the pro pa ga tion cha racteristics o f shock wav e