【摘要】：戰(zhàn)斗部作為武器系統(tǒng)中重要的效能組件,其在生產(chǎn),加工,運輸,使用和儲存過程中,存在著人為或者意外火災(zāi)的風(fēng)險。高能炸藥具有熱敏感性的特點,在受熱過程中,發(fā)生復(fù)雜的熱分解反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)放出的熱量進一步加速了熱量的積累,最終引發(fā)炸藥發(fā)生燃燒或者爆炸。對炸藥的熱安全性研究主要是烤燃試驗和數(shù)值模擬�？救荚囼炛饕獙ρb藥的宏觀響應(yīng)特性進行直接觀測。數(shù)值模擬針對炸藥熱反應(yīng)過程進行綜合分析,克服了烤燃試驗成本高,周期長,系統(tǒng)數(shù)據(jù)難以全面準確測量的缺點,而且可以通過改變邊界條件,研究其對點火規(guī)律的影響,為合理評估炸藥熱安全性提供理論依據(jù)。目前的商業(yè)軟件,盡管其能夠模擬烤燃現(xiàn)象,但需要用戶自己根據(jù)二次開發(fā)接口設(shè)計程序來實現(xiàn)含能材料熱分解模擬；而國外的相關(guān)專業(yè)軟件盡管功能完善,但很難得到其源代碼。因此,自主研發(fā)炸藥熱安全性仿真軟件迫在眉睫。本課題是基于“含能材料動態(tài)響應(yīng)數(shù)值模擬軟件包”,自主編寫了烤燃試驗有限元數(shù)值仿真程序,實現(xiàn)多步化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模擬。首先,針對當(dāng)前的烤燃研究現(xiàn)狀進行總結(jié)歸納,探索發(fā)展方向。對于國外主要的烤燃數(shù)值模擬程序,進行重點研究,由于不能獲取其使用手冊,所以只能在已發(fā)表的文獻中,尋找軟件研發(fā)思路,分析其架構(gòu)和功能模塊,探索其數(shù)值算法,為自主研發(fā)烤燃數(shù)值模擬程序打下基礎(chǔ)。其次,在“含能材料動態(tài)響應(yīng)數(shù)值模擬軟件包”的基礎(chǔ)上,利用有限元思想,自主編寫了針對烤燃試驗的多步化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)程序。該程序可實現(xiàn)外界熱量和化學(xué)反應(yīng)的耦合計算。針對不同炸藥的反應(yīng)路徑,編制了不同的反應(yīng)模型。在算法中實現(xiàn)了顯式和隱式的結(jié)合,用參數(shù)進行調(diào)控。三類熱量邊界條件可以滿足大多數(shù)烤燃試驗的需求,基于此程序,可以研究炸藥在烤燃過程中,相關(guān)組分含量的變化規(guī)律。最后,論文利用自主編制的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)程序?qū)Φ湫驼ㄋ庍M行烤燃數(shù)值模擬研究。主要針對以RDX為主的PBX裝藥和以HMX為主的LX-10裝藥結(jié)構(gòu),計算了在不同外界熱刺激下,點火時間,點火溫度,炸藥組分含量變化等信息,借此分析炸藥的安全性
【圖文】：

典型炸藥烤燃試驗中多步化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研巧逡逑、多種材料相互作用、多物理過程相互z1合的綜合計算。ＡＬＥ３Ｄ軟件功如圖１．２所示。上世紀９０年代初，ＡＬＥ３Ｄ己實現(xiàn)了邋ＡＬＥ流體動力學(xué)、顯、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和顯式／隱式熱傳導(dǎo)等基本的熱／力／化學(xué)計算模塊。么后中，ＡＬＥ３Ｄ又開發(fā)了一系列�？卺槍ξ淦魑锢硌芯康莫毺厮惴�，如顯隱學(xué)z1合、有限元（ＦＥＭ）／光滑粒子法（ＳＰＨ）結(jié)合、自動接觸搜索、單元侵蝕、學(xué)平衡計算（Ｃｈｅｅｔａｈ）等技術(shù)，適用于武器開發(fā)過程中經(jīng)常遇到的高速沖扭曲、塊體破碎、燃燒轉(zhuǎn)爆轟等問題ＰＷＷ。逡逑

典型炸藥烤燃試驗中多步化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研巧逡逑、多種材料相互作用、多物理過程相互z1合的綜合計算。ＡＬＥ３Ｄ軟件功如圖１．２所示。上世紀９０年代初，ＡＬＥ３Ｄ己實現(xiàn)了邋ＡＬＥ流體動力學(xué)、顯、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和顯式／隱式熱傳導(dǎo)等基本的熱／力／化學(xué)計算模塊。么后中，ＡＬＥ３Ｄ又開發(fā)了一系列�？卺槍ξ淦魑锢硌芯康莫毺厮惴ǎ顼@隱學(xué)z1合、有限元（ＦＥＭ）／光滑粒子法（ＳＰＨ）結(jié)合、自動接觸搜索、單元侵蝕、學(xué)平衡計算（Ｃｈｅｅｔａｈ）等技術(shù)，，適用于武器開發(fā)過程中經(jīng)常遇到的高速沖扭曲、塊體破碎、燃燒轉(zhuǎn)爆轟等問題ＰＷＷ。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ560.1

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本文編號：2696688