【摘要】：爆炸測試技術是推動爆炸力學學科發(fā)展的重要驅(qū)動力,尤其是近年來隨著電子儀器和光學儀器的迅速發(fā)展,爆炸測試技術也隨之得到了長足的進步。目前限制爆炸沖擊信號高頻采樣的主要因素是傳感器自身與信號調(diào)理模擬電路的頻率響應,連續(xù)電阻絲測量方法理論上具有足夠高的動態(tài)頻響,測試結果在大尺度裝藥下相對精度較高,加之試驗無需復雜的光路、電路,因此非常適合工業(yè)炸藥野外大藥量的爆炸參數(shù)測試。另一方面,隨著爆破技術“精細化”和“數(shù)字化”理念的不斷普及,亟需研發(fā)一套經(jīng)濟可靠的工業(yè)炸藥爆轟與驅(qū)動性能測試方法,以期建立工程爆破的“大數(shù)據(jù)平臺”。與此同時,學者們也越來越多地使用計算機來解決爆炸沖擊問題,如軍事目標的爆炸防護與毀傷、武器終端爆炸效應、工程爆破與安全、爆炸加工等,炸藥狀態(tài)方程與參數(shù)的選取成為了限制計算精度的首要問題,對于具有典型非理想爆轟特性的工業(yè)炸藥更是如此。因此,發(fā)展一套簡便經(jīng)濟的炸藥產(chǎn)物狀態(tài)方程參數(shù)的測定方法刻不容緩。為了解決上述問題,本文研制了一種新型的壓導式連續(xù)電阻探針,該探針具備良好的測試穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力,可以連續(xù)記錄炸藥的爆轟波、介質(zhì)中的沖擊波以及金屬元件碰撞點等的時程數(shù)據(jù)。基于新型探針開展了工業(yè)炸藥爆轟性能、水下爆炸近場沖擊波以及滑移爆轟驅(qū)動下二維平板和圓管飛行姿態(tài)等的測試研究,并進一步對炸藥爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程參數(shù)進行了測定,同時對材料的高壓沖擊絕熱數(shù)據(jù)測試做了探索性試驗。具體工作和成果如下:(1)研制了一種壓致導通的新型連續(xù)電阻探針及其測試系統(tǒng)。通過對產(chǎn)生雜波干擾的內(nèi)外因素(外界電磁波、氣穴射流、內(nèi)部金屬射流、“管道效應”以及彎曲波等)進行分析,改進得到了新型的壓導式連續(xù)電阻探針,并利用水下爆炸試驗對改進連續(xù)電阻探針的測試效果進行了對比;同時采用Ls-dyna有限元程序和壓力試驗對改進探針的導通壓力進行了初步標定,最終選取了綜合性能最優(yōu)的螺紋絲-金屬箔型探針作為本文開展炸藥爆轟與驅(qū)動性能研究的測試用探針,并研制了與之配套的DVP-Ⅰ型連續(xù)電阻爆速儀作為信號采集設備。(2)基于壓導式連續(xù)電阻探針設計了一系列炸藥爆轟性能(爆速、臨界直徑、殉爆距離、爆壓等)的測試方法,對工業(yè)炸藥的主要性能參數(shù)進行了測量。利用壓導式連續(xù)電阻探針分別設計了柱形和平面ANFO裝藥、模擬深水環(huán)境乳化炸藥的爆速測量裝置,探討了裝藥密度對于柱形裝藥、礦粉含量對于平面裝藥以及靜水壓力對于乳化炸藥爆速的影響;利用裝配有新型探針的錐形裝藥和楔形裝藥分別測量了 ANFO炸藥的臨界直徑和臨界厚度,并分析了工業(yè)炸藥的直徑效應;設計了基于連續(xù)探針的殉爆判定裝置,可依次記錄主發(fā)裝藥和被發(fā)裝藥爆轟波的發(fā)展過程,并給出了三種不同類型的爆轟波-沖擊波時程曲線從而實現(xiàn)了炸藥殉爆的定量判定;利用水和有機玻璃作為標準材料,根據(jù)阻抗匹配原理設計了基于壓導式連續(xù)電阻探針的改進水箱法及其簡化裝置,測量得到了ANFO炸藥的爆壓,并進一步設計石蠟型探針進行了炮孔內(nèi)炸藥爆壓的現(xiàn)場測量。(3)利用壓導式連續(xù)電阻探針分別設計了球形裝藥和柱形裝藥的水下爆炸測試系統(tǒng),并開展了炸藥爆轟產(chǎn)物JWL狀態(tài)方程的反演研究。將壓導式連續(xù)電阻探針與球形炸藥裝配,設計了球形裝藥水下爆炸系統(tǒng),獲得了 RDX藥球的爆轟波和水下爆炸近場沖擊波時程曲線,根據(jù)炸藥-水之間的阻抗匹配求解得到了炸藥爆壓,以球形裝藥水下爆炸數(shù)據(jù)確定了待測炸藥的多方狀態(tài)方程,并擬合得到了水中沖擊波峰壓的衰減系數(shù)。將壓導式連續(xù)電阻探針與柱形裝藥裝配,利用藥柱內(nèi)探針獲得炸藥爆速,利用水中斜拉探針可記錄水中斜沖擊波傳播軌跡,從而設計了柱形裝藥水下爆炸測試系統(tǒng),獲得了待測炸藥的斜沖擊波波陣面形狀,并在二維定常流場斜沖擊波模型和Prandtl-Meyer繞流理論的基礎上求解得到了炸藥的爆壓、絕熱指數(shù),以及水氣界面夾角等參數(shù)。以球形裝藥水中沖擊波峰壓衰減規(guī)律和柱形裝藥斜沖擊波波陣面形狀作為比較對象,通過調(diào)整Autodyn程序中JWL方程的6個系數(shù),使模擬結果和實驗結果的最大誤差小于允許值,最終測定了各試驗中待測炸藥爆轟產(chǎn)物的JWL狀態(tài)方程參數(shù)。(4)研制了梯形支架連續(xù)電阻探針,實現(xiàn)了對滑移爆轟驅(qū)動下二維平板和圓管飛行姿態(tài)的測試。設計了一種壓致導通的梯形支架連續(xù)電阻探針,并基于此分別設計了復板和銅管飛行姿態(tài)的測量裝置,利用探針的平行段數(shù)據(jù)可獲得炸藥爆速,利用傾斜段數(shù)據(jù)可得到平板和圓管的飛行軌跡。通過爆炸焊接試驗獲得了復板的飛行姿態(tài)曲線,以及彎折角和飛行速度的變化規(guī)律,并與Richter公式計算得到的理論曲線比較,確定了炸藥的多方狀態(tài)方程,最后與數(shù)值模擬進行了對比,三者吻合良好。利用基于梯形支架探針的改進圓筒試驗獲得了銅管的膨脹軌跡,然后以銅管徑向膨脹位移和膨脹速度的模擬結果與實驗擬合曲線作為比較對象,確定了圓筒試驗中待測炸藥爆轟產(chǎn)物的JWL狀態(tài)方程參數(shù),并結合能量分析計算得到了炸藥的Gurney能以及銅管的破片初速度。此外,以有機玻璃作為標準材料,利用壓導式連續(xù)探針連續(xù)記錄有機玻璃和水中的沖擊波參數(shù),基于阻抗匹配技術和圖解法獲得了水的部分沖擊Hugoniot數(shù)據(jù)。
【圖文】：

這是幾乎所有炸藥普遍存在的現(xiàn)象，區(qū)別在于臨界直徑和極限直徑的值各不逡逑相同，工程應用中炸藥臨界直徑的測定對于指導炸藥的安全高效使用具有重要意義。逡逑長柱形藥包的起爆過程如圖１．２所示，雷管在藥柱左側(cè)起爆激起炸藥的爆轟反應，逡逑爆轟波開始自左向右傳播，起爆初期，，一方面爆轟氣體產(chǎn)物形成的膨脹波沿藥柱向前傳逡逑播，但其速度小于爆轟波速度，因此，爆轟波以超前尾部膨脹波向前傳播。與此同時，逡逑－３－逡逑

圖１．３道特里奇法測量炸藥爆速逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｂｙ邋Ｄａｕｔｒｉｃｈｅ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑導爆索法的測量示意圖如圖１．３所示，在一定裝藥直徑的藥柱中間部位預先開設兩逡逑個小孔Ａ和Ｂ邋（Ａ點離起爆端足夠遠，保證所測爆速己達到穩(wěn)定），ＡＢ距離應準確測逡逑定，然后將一根爆速已知的導爆索的首尾兩端插入小孔固定，導爆索的中間部分則固定逡逑在一塊鉛板或者鋁板上，并在金屬板上標記導爆索的中點Ｍ邋（確保ＡＭ＝ＢＭ），當炸藥逡逑起爆后，爆轟波沿藥柱軸向傳播，依次在Ａ點和Ｂ點引爆導爆索端部，導爆索上的兩逡逑路爆轟波相向傳播并最終在金屬板某一位置相遇，金屬板上因為爆轟波的碰撞留下一明逡逑顯印記（圖中Ｓ點），ＡＢ間的時間差使得Ｍ點和Ｓ點不會重合，通過測量ＭＳ的距離逡逑ＡＬ，并結合ＡＢ的長度Ｚａｂ和導爆索爆速Ｄｃ，就可以計算得到待測炸藥爆速，即逡逑Ｄ邋ＤＪＬ＾＿邐（１．３）逡逑＂２ＡＬ逡逑道特里奇法不需要復雜的儀器設備
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O384;TQ560.1

【參考文獻】

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本文編號：2623712