飛秒激光能夠在極短時間內(nèi)燒蝕炸藥產(chǎn)生高溫高壓等離子體,飛秒激光燒蝕炸藥技術(shù)可用于精密加工炸藥元件和安全處理廢舊彈藥.為深入探討飛秒激光燒蝕炸藥作用規(guī)律,采用非線性有限元計算方法,建立了飛秒激光燒蝕炸藥過程的起爆計算模型,對飛秒激光燒蝕LX-17和LX-10兩種炸藥過程進(jìn)行了數(shù)值模擬計算,獲得了不同飛秒激光能量作用下等離子體和炸藥中的壓力分布規(guī)律.計算結(jié)果表明,在飛秒激光燒蝕炸藥的過程中,燒蝕產(chǎn)物等離子體和激光作用區(qū)外附近炸藥的初始壓力較高,但是由于激光燒蝕區(qū)域極小,炸藥內(nèi)沖擊波壓力迅速衰減,沒有發(fā)生起爆現(xiàn)象. 

【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報. 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

計算模型示意圖

圖3 等離子體壓力變化曲線(LX-17)圖5和圖6分別為800 μJ和1 mJ激光能量作用下,炸藥內(nèi)不同深度處的壓力變化曲線. 由圖可知,當(dāng)激光作用后,在高溫高壓等離子體膨脹壓縮作用下,未燒蝕炸藥內(nèi)產(chǎn)生了沖擊波,入射沖擊波壓力較高,達(dá)到GPa量級,但壓力迅速減小,大約在3 μs后,壓力波傳至炸藥邊界,由于稀疏波作用,炸藥中壓力開始在MPa量級震蕩變化. 由此可知,盡管當(dāng)激光能量較高時,在炸藥中產(chǎn)生的入射沖擊波壓力較高,特別是1 mJ的情況,但是由于激光燒蝕區(qū)域極小,產(chǎn)生沖擊波很快就衰減了,不能引發(fā)炸藥沖擊起爆. 這表明,對于飛秒激光加工炸藥時,由于燒蝕區(qū)域極小,對于激光作用區(qū)域外未燒蝕炸藥的壓力影響較小,可以忽略. 這與Franklin Roeske Jr.等[6]對飛秒激光加工炸藥實驗中產(chǎn)生的沖擊波太短暫不會引起任何顯著反應(yīng)的結(jié)論相一致.

圖2為1 mJ激光能量作用下計算域中不同時刻的壓力分布云圖. 由圖2(a)可知,0時刻,等離子體中壓力達(dá)到了14.43 GPa,也即是激光能量沉積到等離子體中產(chǎn)生的初始壓力. 由于等離子體膨脹會壓縮炸藥介質(zhì),并在其中產(chǎn)生沖擊壓力. 為了研究飛秒激光燒蝕炸藥產(chǎn)生的高溫高壓等離子體,對激光作用區(qū)域外炸藥產(chǎn)生的沖擊作用,下面只對炸藥計算域中壓力分布規(guī)律進(jìn)行分析. 由圖2可知,在9.9 ns時,可以觀察到在等離子體壓縮作用下,等離子體附近的炸藥中產(chǎn)生了壓力,壓力開始以等離子體中心為圓心,向外呈半球形擴(kuò)散,此時炸藥中最大壓力達(dá)到了1.29 GPa. 在69 ns時刻,隨著壓力傳播,炸藥中最大壓力衰減到了0.10 GPa,且由于時間非常短,最大壓力仍在等離子體與炸藥交界面處. 在300 ns時,炸藥中壓力非常小,峰值為0.11 GPa,表明炸藥中沒有發(fā)生沖擊起爆現(xiàn)象,隨著時間增加壓力不斷衰減.表2為LX-17在不同激光能量作用下計算域中的最大壓力峰值. 由表可知,在0 ns初始時刻,最大壓力峰值出現(xiàn)在等離子體中,等離子體最大壓力峰值隨激光能量增加而增加,且壓力增加倍數(shù)與作用激光能量增加倍數(shù)一致. 隨著時間增加,壓力迅速衰減,在9.9 ns時最大壓力出現(xiàn)在未燒蝕固體炸藥中. 激光能量越高,在相同時間內(nèi)壓力衰減程度越大. 在69 ns后,4種不同激光能量作用下,炸藥最大壓峰值趨近于一致. 可以看出,在300 ns后的壓力均處于震蕩變化狀態(tài).

【參考文獻(xiàn)】：
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