兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231105-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1105
马瑞龙1, 王昕捷1,2,*(), 孙志民1, 尤飒1, 黄风雷1
收稿日期:
2023-11-14
上线日期:
2024-03-23
通讯作者:
基金资助:
MA Ruilong1, WANG Xinjie1,2,*(), SUN Zhimin1, YOU Sa1, HUANG Fenglei1
Received:
2023-11-14
Online:
2024-03-23
摘要:
为研究典型装药结构(球形和圆柱形)近场爆炸(0.06m/kg1/3<Z<1m/kg1/3)(Z为对比距离)冲击波特性,支撑弹药抗殉爆技术发展,设计开展kg级柱形装药近场爆炸冲击波载荷表征试验,构建炸药近场爆炸数值计算模型,分析得到球形和柱形装药近场爆炸冲击波结构和峰值空间分布规律。研究结果表明:近场反射载荷受爆轰产物影响,超压曲线存在多峰结构和锯齿形波动,原因可能是多次反射波效应和马赫区后爆轰产物复杂流动;爆轰产物-空气冲击波界面压力和密度梯度互异引起Rayleigh-Taylor不稳定效应,产生的界面微射流提高了多次反射波结构的复杂度,导致近场反射载荷试验测量结果不确定度增大;近场入射超压曲线表现为典型双峰结构,峰值分别由空气冲波和爆轰产物主导,同时受结构效应影响,柱形装药入射峰值载荷沿轴向和径向空间非均匀性较强,方位角为30°~60°时受桥联波效应影响空间散布较大;修正的预测模型可描述柱形装药(长径比为0.8)中心起爆时,0.06m/kg1/3<Z<1m/kg1/3范围内任意方位角和对比距离处入射峰值超压和冲量,与数值模拟结果偏差小于20%。
中图分类号:
马瑞龙, 王昕捷, 孙志民, 尤飒, 黄风雷. 球形和柱形装药近场爆炸冲击波载荷特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231105-.
MA Ruilong, WANG Xinjie, SUN Zhimin, YOU Sa, HUANG Fenglei. Near-field Blast Wave Characteristics of Spherical and Cylindrical Charges[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231105-.
ρ0e/ (g·cm-3) | DC-J/ (m·s-1) | pC-J/ GPa | A/GPa | B/GPa |
---|---|---|---|---|
1.63 | 6900 | 21 | 371.2 | 3.21 |
R1 | R2 | ω | E0/GPa | |
4.15 | 0.95 | 0.3 | 7.0 |
表1 TNT炸药材料模型参数[30]
Table 1 Parameters of constitutive model for TNT[30]
ρ0e/ (g·cm-3) | DC-J/ (m·s-1) | pC-J/ GPa | A/GPa | B/GPa |
---|---|---|---|---|
1.63 | 6900 | 21 | 371.2 | 3.21 |
R1 | R2 | ω | E0/GPa | |
4.15 | 0.95 | 0.3 | 7.0 |
ρ0a/ (kg·m-3) | p0a/kPa | A0~A3 | A4 | A5 | A6 |
---|---|---|---|---|---|
1.225 | 101.36 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 |
表2 空气材料模型及参数[9]
Table 2 Parameters of constitutive model for air[9]
ρ0a/ (kg·m-3) | p0a/kPa | A0~A3 | A4 | A5 | A6 |
---|---|---|---|---|---|
1.225 | 101.36 | 0 | 0.4 | 0.4 | 0 |
ρ0s/ (g·cm-3) | Ee/GPa | υ | A/GPa | B/GPa | C |
---|---|---|---|---|---|
7.86 | 210 | 0.3 | 0.507 | 0.320 | 0.064 |
n | m | Tm/K | C0/(m/s) | s | γ0 |
0.28 | 1.06 | 1763 | 4250 | 1.61 | 1.75 |
表3 45号钢材料模型及参数[32]
Table 3 Parameters of constitutive model for 45# steel[32]
ρ0s/ (g·cm-3) | Ee/GPa | υ | A/GPa | B/GPa | C |
---|---|---|---|---|---|
7.86 | 210 | 0.3 | 0.507 | 0.320 | 0.064 |
n | m | Tm/K | C0/(m/s) | s | γ0 |
0.28 | 1.06 | 1763 | 4250 | 1.61 | 1.75 |
参数 | 球形装药 | 柱形装药 |
---|---|---|
入 射 峰 值 超 压 | | |
入 射 峰 值 冲 量 | | |
表4 球形和柱形装药近场爆炸入射载荷空间分布
Table 4 Spatial distributions of incident blast waves of spherical and cylindrical charges
参数 | 球形装药 | 柱形装药 |
---|---|---|
入 射 峰 值 超 压 | | |
入 射 峰 值 冲 量 | | |
0.6≤Z<0.1 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
---|---|---|---|---|---|
-26.45 | 0.40 | 792.80 | -0.0011 | -9.41 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
-6.33×103 | -1.14×10-5 | 0.044 | 29.93 | 1.61×104 | |
0.1≤Z<0.5 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
7.71 | -0.16 | -44.60 | 0.0016 | 0.27 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
118.17 | -5.92×10-6 | 7.50×10-4 | -0.55 | -85.31 | |
0.5≤Z<1 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
6.71 | -0.33 | -3.34 | 0.0045 | 0.21 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
-2.07 | -2.09×10-5 | -4.62×10-4 | -0.12 | 3.87 |
表5 柱形装药入射峰值超压比例因子系数
Table 5 Table Parameters of proportion factor for incident peak overpressure of cylindrical charge m/k g 1 / 3
0.6≤Z<0.1 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
---|---|---|---|---|---|
-26.45 | 0.40 | 792.80 | -0.0011 | -9.41 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
-6.33×103 | -1.14×10-5 | 0.044 | 29.93 | 1.61×104 | |
0.1≤Z<0.5 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
7.71 | -0.16 | -44.60 | 0.0016 | 0.27 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
118.17 | -5.92×10-6 | 7.50×10-4 | -0.55 | -85.31 | |
0.5≤Z<1 | α00 | α01 | α11 | α20 | α21 |
6.71 | -0.33 | -3.34 | 0.0045 | 0.21 | |
α22 | α30 | α31 | α32 | α33 | |
-2.07 | -2.09×10-5 | -4.62×10-4 | -0.12 | 3.87 |
0.06≤ Z<0.1 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
---|---|---|---|---|---|
-3.26 | 0.11 | 123.79 | -8.71×10-4 | -2.31 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
-926.67 | 9.06×10-7 | 0.014 | 4.66 | 2.96×103 | |
0.1≤ Z<0.5 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
3.05 | -0.13 | 5.24 | 0.0019 | 0.13 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
-33.02 | -6.68×10-6 | -0.0015 | 0.068 | 32.96 | |
0.5≤ Z<1 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
6.86 | -0.058 | -20.00 | 9.85×10-4 | 0.048 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
21.67 | -1.30×10-5 | 0.0018 | -0.17 | -4.42 |
表6 柱形装药入射峰值冲量比例因子系数
Table 6 Parameters of proportion factor for incident peak impulse of cylindrical charge m/k g 1 / 3
0.06≤ Z<0.1 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
---|---|---|---|---|---|
-3.26 | 0.11 | 123.79 | -8.71×10-4 | -2.31 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
-926.67 | 9.06×10-7 | 0.014 | 4.66 | 2.96×103 | |
0.1≤ Z<0.5 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
3.05 | -0.13 | 5.24 | 0.0019 | 0.13 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
-33.02 | -6.68×10-6 | -0.0015 | 0.068 | 32.96 | |
0.5≤ Z<1 | β00 | β01 | β11 | β20 | β21 |
6.86 | -0.058 | -20.00 | 9.85×10-4 | 0.048 | |
β22 | β30 | β31 | β32 | β33 | |
21.67 | -1.30×10-5 | 0.0018 | -0.17 | -4.42 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.015 |
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