引信傳爆序列殉爆特性數(shù)值模擬方法

范一清，王 炅

(南京理工大學(xué)，江蘇 南京 210094)

引信傳爆序列殉爆特性數(shù)值模擬方法

范一清，王 炅

(南京理工大學(xué)，江蘇南京210094)

針對殉爆數(shù)值模擬方法的研究對象主要為炸藥的問題，提出了引信傳爆序列殉爆特性數(shù)值模擬方法。該方法采用Autodyn軟件對典型引信傳爆序列殉爆特性進行了數(shù)值模擬，得到了主發(fā)傳爆序列傳播到被發(fā)傳爆序列周圍的爆炸沖擊波。數(shù)值模擬結(jié)果表明，由于主發(fā)引信傳爆序列爆炸沖擊波的瞬間沖擊作用，造成被發(fā)引信傳爆序相應(yīng)質(zhì)點壓力劇增達到臨界爆發(fā)點，最終導(dǎo)致被發(fā)引信傳爆序列發(fā)生殉爆。

引信；數(shù)值模擬；傳爆序列；殉爆

0 引言

引信傳爆序列是爆轟能量傳遞的關(guān)鍵部件。傳爆序列的安全性直接關(guān)系著彈藥的安全性和可靠性[1]。傳爆序列中的含能材料通常具備了較高的機械感度和沖擊波感度，在外界刺激作用下極易發(fā)生爆炸或爆轟，導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生[2]。

殉爆是含能材料具備的危險性特征之一。通過引爆殉爆源，觀察在殉爆源爆炸能量作用下，是否引起被測試物品發(fā)生殉爆現(xiàn)象，從而判定在生產(chǎn)，貯存，運輸，銷毀過程中是否存在危險[3]。

當(dāng)引信采用分裝方式時，一個包裝箱中數(shù)發(fā)或十幾發(fā)引信的同時爆炸也具有極大的危害，還有可能引起附近彈藥的連鎖反應(yīng)。目前，國內(nèi)外對炸藥殉爆仿真研究較多。研究引信在爆轟環(huán)境中是否發(fā)生殉爆反應(yīng)，可參照彈藥殉爆仿真過程對引信進行仿真分析。陳朗等人采用非線性有限元計算方法對炸藥殉爆實驗進行了數(shù)值模擬計算，分析了炸藥殉爆過程中，被發(fā)炸藥爆轟波的成長歷程[4]。周保順等人對沖擊波作用下炸藥殉爆過程進行了數(shù)值模擬研究[5]。魯忠寶等人采用ANSYS/LS-DYNA軟件建立了典型裝藥水下殉爆的有限元仿真模型[6]。目前尚未見有詳細(xì)描述引信傳爆序列殉爆數(shù)值仿真的文獻。本文針對此問題，提出了引信傳爆序列殉爆特性數(shù)值模擬方法。

1 計算模型

1.1 物理模型及算法

引信傳爆序列由雷管、導(dǎo)爆藥、傳爆藥組成。類比彈藥殉爆[7]過程可得，引信殉爆模型應(yīng)包括主發(fā)引信殼體和傳爆序列，被發(fā)引信殼體和傳爆序列，空氣。如圖1所示。

主發(fā)引信傳爆序列含能材料為長方形物理模型。考慮到模型的對稱性，實際建模為1/2長方形。圖1中，主發(fā)引信傳爆序列中雷管，導(dǎo)爆藥，傳爆藥長度依次為10.3 mm,5.15 mm和18 mm。

采用的算法為單點多物質(zhì)流固耦合算法，即計算模型中用歐拉法描述主發(fā)引信傳爆序列裝藥及周圍空氣介質(zhì)。被發(fā)引信體用拉格朗日法描述。主發(fā)引信傳爆序列中的雷管上端面中心點設(shè)為起爆點。

1.2 材料參數(shù)和物態(tài)方程

雷管常采用分壓多層裝藥，選藥主要考慮簡化傳爆序列的模型，在接近實際雷管能量的情況下，選用B炸藥。

導(dǎo)爆藥受其結(jié)構(gòu)的限制，選擇臨界直徑較小的黑索金。

傳爆藥選用具有與特屈兒相同感度的PBX9404。

主發(fā)引信傳爆序列含能材料包括雷管裝藥、導(dǎo)爆藥、傳爆藥。均選用常用的Jones-Wilkins-Lee(JWL)狀態(tài)方程。其基本形式如下：

表1給出了主發(fā)引信傳爆序列中各含能材料的爆轟性能參數(shù)和JWL狀態(tài)方程參數(shù)[8-10]。

表1 JWL模型參數(shù)

被發(fā)引信傳爆序列含能材料選用點火增長模型。其基本形式如下：

G2(1-λ)eλgpz

表2給出了被發(fā)引信傳爆序列各含能材料的反應(yīng)模型參數(shù)[11-13]。

表2 點火增長反應(yīng)模型參數(shù)

采用彈塑性模型，用Johnson-cook和Shock方程描述引信殼體的本構(gòu)關(guān)系和沖擊波作用下材料的狀態(tài)變化，用失效應(yīng)變來判斷材料的失效，密度為790 kg/cm3，彈性模量206 GPa，屈服應(yīng)力350 MPa，殼體的失效應(yīng)變?yōu)?.15?？諝獠捎镁€性多項式方程和理想氣體的狀態(tài)方程，密度取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下ρ=1.298 kg/m3。

2 模擬結(jié)果分析

上述主、被發(fā)引信傳爆序列數(shù)值模擬結(jié)果如下圖2所示。由圖可知主發(fā)引信傳爆序列發(fā)生可靠作用后，被發(fā)引信發(fā)生了殉爆。根據(jù)被發(fā)引信體中爆轟波傳播方向，選取不同位置單元點觀察爆轟波成長情況，分別在被發(fā)引信體對應(yīng)的雷管，導(dǎo)爆藥和傳爆藥位置進行標(biāo)記1，2，3。如圖3所示。各節(jié)點的壓力時程曲線如圖4,圖5,圖6所示。

3 模擬結(jié)果驗證

對于炸藥殉爆來說，沖擊波壓力大于臨界起爆壓力是炸藥殉爆的必要條件。同理，對于引信殉爆也采取同樣的分析方式。炸藥B所需的起爆壓力至少要達到4.950 495 MPa，黑索金起爆壓力至少達到5.630 027 MPa，PBX-9404至少達到5.543 478 MPa。進行試驗驗證，由表3可知試驗中被發(fā)引信體的雷管，導(dǎo)爆藥，傳爆藥即對應(yīng)的節(jié)點1,2,3處的沖擊波超壓峰值均大于臨界起爆壓力。所以被發(fā)引信發(fā)生殉爆反應(yīng)與數(shù)值模擬結(jié)果一致。

節(jié)點名稱沖擊波超壓峰值大小/GPa13.344321.284431.0885

4 結(jié)論

本文提出了引信傳爆序列殉爆特性數(shù)值模擬方法。該方法利用AUTODYN軟件進行引信傳爆序列殉爆仿真。數(shù)值模擬結(jié)果表明，引信傳爆序列在遭遇意外刺激發(fā)生可靠作用時會使鄰近引信產(chǎn)生殉爆反應(yīng)。所以為適應(yīng)不敏感引信技術(shù)的要求，急需設(shè)計新型的引信傳爆序列，含能材料和包裝技術(shù)，減小引信載體(包括人員)的損害程度。

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NumericalSimulationofSympatheticDetonationofFuzeExplosiveTrains

FAN Yiqing,WANG Jiong

(Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094,China)

According to the situation that the study object of numerical simulation of sympathetic detonation was usually explosives,this article present the numerical simulation of sympathetic detonation of explosive trains in fuze. The autodyn was used to research sympathetic detonation property of explosive trains in fuze, and the shock waves produced by the donor fuze explosive trains propagated to the acceptor was cut. Simulation results turned out that under the blast impact of the donor fuze explosive trains, which led to the acceptor’s pressure excursion, reaching the critical point, which finally caused the sympathetic detonation of the fuze explosive train.

fuze; numerical simulation; explosive train; sympathetic detonation

2017-05-06

范一清(1993—)，女，安徽桐城人，博士研究生，研究方向：不敏感引信技術(shù)。E-mail:fyq930222@sina.com。

TJ430;O383

A

1008-1194(2017)05-0007-03