ab s t ract i n t h i s d i s s e r t a t i o n; t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n w e r e c a r r i e d o u t t o s t u d y t h e a t t e n u a t i o n r u l e o f s h o c k w a v e i n s t e e l p l a t e a n d s t e e l - a l u m i n u m p l a t e u n d e r c o n t a c t e x p l o s i o n . t h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s o b t a i n s t h e a t t e n u a t i o n r u l e o f s h o c k w a v e . t h e r e s u l t o f t h e o r e t i c a l a n a l y s i s i s a g r e e m e n t w i t h t h e r e s u l t o f e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s f r o m a n a l y s i n g ，s o c o r r e c t n e s s o f t h e o r e t i c a l s t u d y a n d e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s w a s p r o v e d . u s i n g t h e f i b e r - o p t i c p r o b e t e c h n i q u e , t h e t i m e w h e n t h e s h o c k w a v e r e a c h s t h e d i f f e r e n t p l a c e s i n s t e e l p l a t e a n d s t e e l - a l u m i n u m p l a t e u n d e r c o n t a c t e x p l o s i o n w i t h i n s e n s i t i v e r d x a n d a l u m i n i z e r h t l h a d b e e n s e p a r a t e l y m e a s u r e d . a n d t h e a t t e n u a t i o n r u l e o f s h o c k w a v e , w h i c h w a s p r o d u c e d b y t h e i n s e n s i t i v e r d x a n d r h t l s e p a r a t e l y , i n t h e a b o v e t w o m a t e r i a l s h a v e b e e n o b t a i n e d b y t h e h u g o n i o t r e l a t i o n o f e a c h m a t e r i a l . e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n i n d i c a t e s t h a t s h o c k w a v e v e l o c i t y a n d s h o c k w a v e p r e s s u r e o f b e g i n n i n g w h i c h w e r e p r o d u c e d w i t h a l u m i n i z e r h t l w e r e s m a l l e r t h a n t h a t o f i n s e n s i t i v e r d x i n s t e e l p l a t e , h o w e v e r , a t t e n u a t i n g v e l o c i t y o f s h o c k w a v e v e l o c i t y a n d s h o c k w a v e p r e s s u r e w h i c h w e r e p r o d u c e d u n d e r c o n t a c t e x p l o s i o n w i t h a l u m i n i z e r h t l w e r e q u c i k e r t h a n t h a t o f i n s e n s i t i v e r d x i n s t e e l p l a t e . w h e n s t e e l 一 p l a t e h a d b e e n s e p a r a t e l y o p e r a t e d u n d e r c o n t a c t e x p l o s i o n w i t h i n s e n s i t i v e r d x a n d a l u m i n i z e r h t l，a n d s h o c k w a v e p r e s s h a d c h a n g e d s u d d e n l y i n t h e i n t e r f a c e b e t w e e n s t e e l a n d a l u m i n u m . i n t h e c i r c u m s t a n c e s , t h e s h o c k w a v e v e l o c i t y h a d a s c e n d e d s u d d e n l y a n d s h o c k w a v e p r e s s u r e h a d d e s c e n d e d s u d d e n l y . k e y w o r d s : c o n t a c t e x p l o s i o n s h o c k w a v e a t t e n u a t i o n r u l e i n s e n s i t i v e r d x a l u m i n i z e r h t l u 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果， 盡我所知， 在 本學(xué)位論文中， 除了加以標(biāo)注和致謝的部分外， 不包含其他人己 經(jīng)發(fā) 表或公布過(guò)的研究成果， 也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W 歷而使用過(guò)的材料。 與我乙同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均 己在論文中作了明確的說(shuō)明。 研究生簽名:年月日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔， 可以借閱 或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容， 可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送 交并授權(quán)其保存、 借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 對(duì) 于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。 研究生簽名:年月日 碩士論文_接觸爆炸作用金屬材料中沖擊沈的衰減 1緒論 1 . 1研究背景 研究在不同炸藥接觸爆炸作用下金屬板中的沖擊波運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 通過(guò)在金屬板中沖 擊波參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量， 研究沖擊波在其中傳播衰減過(guò)程， 同時(shí)研究不同炸藥作用于金 屬板的效果， 這些知識(shí)對(duì)于炸藥爆炸對(duì)金屬、 巖石等固體介質(zhì)的直接作用， 聚能裝藥 爆炸所形成的高速金屬射流的破甲作用， 碎甲彈爆炸的碎甲作用以及高速物體碰撞等 問(wèn)題的研究有著密切的關(guān)系。 能夠給武器戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)、 艦船的設(shè)計(jì)等等提供基本參數(shù) 和科學(xué)依據(jù).尤其本課題采用 4 5 # 鋼作為主要研究對(duì)象，是因?yàn)?4 5 鋼是廣泛采用的 一種材料，在航空、 航天、 交通運(yùn)輸工具、 國(guó)防工業(yè)等許多領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用背 景。 在這些應(yīng)用領(lǐng)域， 材料不僅會(huì)受到靜態(tài)載荷， 還會(huì)受到動(dòng)態(tài)載荷， 而它的動(dòng)力壓 縮性規(guī)律( h u g o n i o t 曲 線) 在應(yīng)用中顯得尤為重要。 高壓下材料的狀態(tài)方程( e q u a t i o n o f s t a t e - e o s ) 數(shù)據(jù)對(duì)很多物理分支如地球物理、 天體物理以及相關(guān)學(xué)科的研究是非 常重要的。 利用動(dòng)態(tài)加載技術(shù)精確測(cè)量材料的e o s 參數(shù)是沖擊波物理領(lǐng)域的一項(xiàng)基本 研究?jī)?nèi)容， 雖歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展和完善， 但由于武器的工程設(shè)計(jì)和理論計(jì)算不斷精密 化的要求，因而直至今日 仍然是戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)工作者和爆炸力學(xué)工作者研究的重要內(nèi) 容。 1 . 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 .2 . 1 沖擊波在密實(shí)介質(zhì)中衰減規(guī)律的研究 在密實(shí)介質(zhì)中沖擊波速度隨著運(yùn)動(dòng)跡線x 衰減規(guī)律的理論研究比較早， 在李維新 編著 川 的 一 維不定 常 流與沖擊波 中比 較系統(tǒng)的 理論 介紹了 凝聚介質(zhì)中 沖 擊 波的 衰 減， 也提到了一維等嫡流動(dòng)的通解問(wèn)題， 為我們的理論研究提供了一些研究基礎(chǔ)。 王 海福等r 1 用實(shí)驗(yàn)的方法研究了多孔材料中沖擊波衰減特性， 通過(guò)脈沖網(wǎng)格法對(duì)不同 初 始孔隙度的多孔鐵中沖擊波速度的測(cè)量， 從而從實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證了沖擊波的衰減規(guī) 律。 王 永剛13 1等人 通過(guò) 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值 模擬 對(duì)泡 沫鋁中沖 擊波傳播 特性 進(jìn)行了 研究， 結(jié)果 表明: 沖擊波在泡沫鋁中傳播時(shí)顯示明顯的衰減特性， 這種衰減耗散特性主要來(lái)源于 泡沫鋁本身的 本構(gòu)粘性效應(yīng)， 而追趕卸載效應(yīng)又 會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)沖擊波的衰減， 這為泡 沫鋁作為新型抗沖擊緩沖材料提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 從而在理論、 實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬不同 方面都提供了一定的研究基礎(chǔ)。 1 . 2 .2沖擊波參數(shù)測(cè)量方法 在研究沖擊波在密實(shí)介質(zhì)的傳播規(guī)律上，主要測(cè)量方法是沖擊波速度 d和質(zhì)點(diǎn) 速度u的測(cè)量， 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的研究方法主要是自由面速度u s 的測(cè)定方法和沖擊 阻抗匹配方法或沖擊制動(dòng)方法。美國(guó)的洛斯阿拉莫斯( l o s a l a m o s ) 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室選用了 鋁、 銅、 鐵、 鈾 一鋁合金( 鋁的重量比 為 3 % ) 分別作為低、中、高三種沖擊阻 抗的標(biāo) 準(zhǔn)材料14 1 e 8 0 年代， a . c .m i t c h e l l a n d w.j .n e l l i s 5 研究了 鋁、銅、 擔(dān)的沖擊波壓縮性 曲線， 利用的就是沖擊阻抗匹配法， 在用二級(jí)輕氣炮加壓到2 0 - 4 3 0 g p a 的壓力范圍內(nèi)， 測(cè)量了 鋁、銅、 擔(dān)的沖擊波壓縮性曲 線，即h u g o n i o t 曲線。 近幾年中國(guó)工程物理研 究院流體物理研究所的袁樹(shù)云 ， 彭其先6 等人研究了多點(diǎn)雙靈敏度v i s a r測(cè)爆轟驅(qū)動(dòng) 金屬飛片自由面速度，探索爆轟產(chǎn)物驅(qū)動(dòng)金屬飛片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 用多點(diǎn)雙靈敏度 v i s a r對(duì)金屬半球三個(gè)不同角度的速度歷程進(jìn)行了測(cè)量， 得到飛層運(yùn)動(dòng)的速度一 時(shí)間 曲 線 ， 為 理 論 分 析與 數(shù) 值 模擬 提 供7 條 件， 在1 9 7 2 年， b a r k e r l m,h o l le n b a c h r e .7 1 進(jìn)行了 任意反射表面速度干涉儀即i s a r ) 可以非接觸連續(xù)精確測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)的 速度的研究，取得了較好的成果。 國(guó)內(nèi)外在測(cè)量技術(shù)方面的研究中， 早期多采用光、 電探針測(cè)量沖擊波到達(dá)自由面 及剛出自由面一點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間差，然后用這時(shí)間差除兩點(diǎn)的距離來(lái)推算沖擊波速度。 后來(lái)又發(fā)展了多 種光電 測(cè)試技術(shù)， 例 如閃光隙 技術(shù)、 反射光消失 法 ( 包括斜反射 鏡和 斜 棱 鏡 ) 77 、 光 學(xué) 像 技 術(shù) 、 軌 跡 法 等 等 . 經(jīng) 過(guò)b .t .a m e r y 9 1,w .f .h e m s in g ll0 1,w .c .s w e a tt i il 等科學(xué)家的研究改進(jìn)，v i s a r在儀器結(jié)構(gòu)、輸入系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等 各方面都得到很大的發(fā)展， 已成為沖擊波研究領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試手段之一。 在應(yīng)用電探 針測(cè)試 技術(shù) 方面， 1 9 5 5 年g o r a n s o n , d u ff 等人1 12 - 1 3 1 發(fā)現(xiàn)用甲 烷等氣體代替空 氣能 有 效 地 防止 電 探 針的 提前 接 通。 在國(guó) 內(nèi) ， 唐 敬 友 14 1 5 1等人 用炸藥 透 鏡 加 載 裝置 觀察 到 置 于氦氣與氫氣中的電探針回路有不同的導(dǎo)通現(xiàn)象。 從這些文獻(xiàn)可以看出電探針測(cè)試技 術(shù)的不完美之處。 應(yīng)用高速攝影的方法進(jìn)行的爆炸研究己 經(jīng)不少， z h i - y u e l i u a , s h i r o k u b o ta 1 6 1 等人研究了高 速攝影在高速爆炸中的應(yīng)用， 而且建立了實(shí)驗(yàn)裝置， 取得了 不 錯(cuò)的 效果; o l a w a ll !研究了 在鋼樣品 中的 動(dòng)力 層裂傳播應(yīng)用到高 速攝影的 方法 記錄 實(shí) 驗(yàn)數(shù) 據(jù)。 在國(guó)內(nèi)， 關(guān)于高 速轉(zhuǎn) 鏡的 研究也有一些， 吳云峰【 18 1研究了 轉(zhuǎn) 鏡式高 速 相機(jī) 控制系統(tǒng)， 譚顯祥i9 】研究了 高 速掃描 相機(jī)時(shí)間 測(cè)量不 確定 度分 析， 同 時(shí) 討論了 進(jìn)一步 降 低轉(zhuǎn)速測(cè)量不確定度和位置誤差的方法。 劉寧文2 0 1等人討論了 兩臺(tái)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)鏡式高速 相機(jī)像漂移的各種原因， 從理論和實(shí)驗(yàn)對(duì)相機(jī)像漂移的影響因素進(jìn)行了 分析， 比如磁 電式傳感器、 材料、 制作工藝、 裝配精度及操作不當(dāng)?shù)取?從這些研究可以看出高速攝 影測(cè)試技術(shù)還存在測(cè)試精度的問(wèn) 題。 長(zhǎng)期以來(lái)， 電 探針和高 速攝影是沖擊波物理與爆 轟 物 理 實(shí) 驗(yàn) 研究中 主 要的 診斷 年 段 之 一 ，可以 在爆轟 壓力、 速 度、 金 屬 材 料中 的 沖擊 波、 高壓下物質(zhì)壓縮方程、 飛片速度測(cè)定等實(shí)驗(yàn)中確定爆轟波、 沖擊波到達(dá)特定位置 的時(shí)間 及碰撞或沖擊發(fā)生時(shí)間， 以 便得到炸藥爆轟參數(shù)、 沖擊波速度和飛片速度等信 息， 在流 體 動(dòng)力 學(xué) 物 理 參量的 測(cè) 量中 發(fā) 揮了 重 要作 用 12 11 取 得了 許多 有 價(jià) 值的 成 果. 但是， 由 于電 探針易受空間電 磁場(chǎng)的干擾， 使其在強(qiáng)電 磁環(huán)境中無(wú)法使用。 特別是爆轟 實(shí)驗(yàn)中由 于炸藥爆轟產(chǎn)物的電 離 度較高 ， 電 探針無(wú)法采用密集安 裝的 方式對(duì)其爆轟陣 面進(jìn)行測(cè)量; 而高速攝影技術(shù)， 由于其轉(zhuǎn)速的不均勻性給時(shí)間測(cè)量帶來(lái)了較大的誤差。 石英光纖探針， 由于其不受電 磁干擾的特性， 而且有著優(yōu)良 的響應(yīng)特性2 2 -2 3 。因 此， 光 纖 探針測(cè)量 技術(shù)12 4 1 應(yīng)運(yùn)而 生， 經(jīng)過(guò) 近幾年的發(fā) 展 技術(shù)逐步 成熟。 在國(guó) 外， 光纖 探針已 被用于測(cè)量飛片速度、 飛片平整性、 樣品中沖擊波速度和聲速以及測(cè)量炸藥爆速和爆 轟波陣面 12 3 . 2 5 -2 6 1 等， 取得了 許多有價(jià)值的成果。 1 .2 .3沖擊壓縮性規(guī)律與接觸爆炸的研究 沖擊壓縮性規(guī)律 ( h u g o n i o t 曲 線) 和h u g o n i o t 參數(shù)是沖擊波衰減規(guī)律研究的基 礎(chǔ)。八十年代，a .c .m i t c h e l l a n d w.j .n e l l i s 研究了 鋁、銅、擔(dān)的沖擊波壓縮性曲線， 得出了 鋁、 銅、 擔(dān)的h u g o n i o t 參數(shù)以 及相關(guān)的關(guān)系可以 作為沖擊波實(shí)驗(yàn)的 標(biāo)準(zhǔn)材料 的 狀 態(tài)方 程。 國(guó) 外其 他 科學(xué) 家 進(jìn)行了 多 種 材 料的 沖 擊h u g o n io t 實(shí) 驗(yàn)測(cè)量 1n -3 p 。 在國(guó) 內(nèi)， 王翔13 2 1 的 碩士論文中 介紹了 金屬材料狀態(tài)方程精確測(cè)量的研究， 測(cè)量了c u , t a , p t 等標(biāo)準(zhǔn)材料 在3 0 - 6 0 0 0 p a 壓力范圍內(nèi)的h u g o n i o t 數(shù)據(jù)， 實(shí) 驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與國(guó) 外發(fā) 表 的數(shù)據(jù)有很好的一致性。從以往的研究可以看出金屬介質(zhì)的沖擊壓縮性規(guī)律 ( h u g o n i o t 曲 線) 和h u g o n i o t 參數(shù)的研究己 經(jīng)比 較成熟。 由于研究目的的不同， 研究人員對(duì)炸藥與物體的接觸爆炸進(jìn)行了不同方面的研究 工 作。 s e y e d h a d i 等 人 3 3 】用t e n s o r 程 序 數(shù) 值 模 擬 研 究 沖 擊 載 荷 形 狀 和持 續(xù) 時(shí) 間 對(duì) 圓 板塑性變形過(guò)程的影響， 研究表明脈沖形狀對(duì)板中心的撓度沒(méi)有顯著的影響。 s . c h u n g 等人3 4 1 對(duì)帶加強(qiáng)筋正方形板在炸藥直接爆炸作用下的響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并用 a b a q u s / e x p l i c i t 有限 元 程 序 進(jìn) 行了 數(shù) 值 模 擬 。 周 睿、 馮 順山 等 人 3 5 !研究 條 狀 爆 炸 載 荷局部作用于金屬矩形板的斷裂效應(yīng)， 提出了斷裂臨界判據(jù)， 得到靶板達(dá)到臨界斷裂 點(diǎn) 時(shí) 所需的 沖 量 準(zhǔn)則。 蓋 京 波 等 人 13 6 1對(duì) 艦 船 板 架 在 接觸 爆炸 載 荷作用 下的 變形 問(wèn) 題 進(jìn) 行了研究， 得到了四邊固支的板架殘余變形的近似計(jì)算公式， 給出了估算破口 半徑的 近似方法。這些研究者主要目 的是研究爆炸載荷對(duì)目 標(biāo)宏觀上的毀傷、破壞。 此外， 一些研究者還從微觀的角度研究了 炸藥與目 標(biāo)接觸爆炸的現(xiàn)象， 對(duì)沖擊波 在目 標(biāo)介 質(zhì)中 的 傳播 規(guī) 律 進(jìn) 行了 研究。 s t a n is la v 3 11 , 韓 勇 13 8 】研究 沖擊 波在 有 機(jī) 玻 璃中 的 傳播規(guī)律， 是為了 研究 含鋁炸 藥的 能 量釋放規(guī)律。 朱兆 祥、 李永池 3 9 等 人用一維 運(yùn) 動(dòng)模型對(duì)高能炸藥在鋼板表面接觸爆炸時(shí)鋼板中的應(yīng)力波的傳播及其在鋼板自由面 上反射后引起的層裂現(xiàn)象運(yùn)用差分法進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較符合。 王 禮 立等 人 14 0 1對(duì)該問(wèn) 題 運(yùn) 用 逐 步 近似的 方 法 進(jìn) 行了 計(jì)算， 結(jié)果 表明只 需要 簡(jiǎn)單 的 計(jì) 算 就能 達(dá)到與差分方法相 近的 結(jié)果。 陳熙蓉 等人 4 1 以t n t 作為 爆炸加載， 測(cè)試 炸藥 產(chǎn) 生的沖擊波在4 5 # 鋼, l y - 1 2 鋁和有機(jī)玻璃等三種材料隔板中的不同位置的到達(dá)時(shí)間， 從 而 得到 隔 板不同 厚 度的 沖 擊 波 速度 和 壓 力。 王 海 福 等人 4 2 1對(duì)密實(shí) 介 質(zhì)中 沖 擊 波 峰 值 壓力的衰減建立了一個(gè)近似的計(jì)算模型， 并利用該模型分別對(duì)鋁、 鋼和有機(jī)玻璃等介 質(zhì)中的沖擊波衰減特性進(jìn)行了計(jì)算。 鮑 上 盆 玄 一 一 一 一 一 一 . _ _ 接觸蛋炸作用金屬材料中沖擊波的衰減 1 3本文主要研究?jī)?nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容是通過(guò)測(cè)試?yán)硐胝ㄋ庘g化r d x和非理想含鋁炸藥r h t l 在 與金屬介質(zhì)接觸爆炸條件下， 金屬板中沖擊波參數(shù)的分布， 來(lái)研究不同炸藥在金屬板 中的衰減規(guī)律。 本文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究了不同炸藥接觸爆炸下， 單層鋼板和復(fù)合板( 前鋼 后鋁) 中的沖擊波速度的測(cè)量， 通過(guò)沖擊波速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)研究不同炸藥在金屬板 中沖擊波的衰減規(guī)律。 本文的主要編寫思路主要基于前后的邏輯關(guān)系。 首先， 通過(guò)己 知的炸藥型號(hào)來(lái)計(jì)算接觸爆炸下沖擊波的初始參數(shù)( 第二章) ， 通過(guò)初始參數(shù)的計(jì)算， 可以理解接觸爆炸下沖擊波傳播到介質(zhì)的基本情況， 同時(shí)為后面的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研 究提供相關(guān)數(shù)據(jù)或者參考。 緊接著， 研究了 一維情況下沖擊波在凝聚介質(zhì)中的衰減規(guī) 律 ( 第三章) ， 得到了沖擊波參數(shù)的解析解，反映了一定的衰減規(guī)律。下面是本文的 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容， 實(shí)驗(yàn)研究了不同炸藥接觸爆炸下， 單層鋼板和復(fù)合板 ( 前鋼后鋁)中 的沖擊波速度的測(cè)量， 通過(guò)沖擊波速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)研究不同炸藥在金屬板中沖擊波 的衰減規(guī)律 ( 第四章)，最后作為總結(jié)結(jié)束了論文的全部?jī)?nèi)容 ( 第五章)。 碩士 論文_接觸爆炸作用金屬材料中沖擊波的衰減 2爆炸沖擊波初始參數(shù)的計(jì)算 要確定炸藥爆炸在周圍介質(zhì)中形成的沖擊波的衰減規(guī)律及整個(gè)作用場(chǎng)的動(dòng)力學(xué) 參量， 首先必須確定爆炸沖擊波的初始參量， 它是解決上述問(wèn)題不可缺少的初始條件。 另外，對(duì)初始參量進(jìn)行研究，還可以檢驗(yàn)理論的正確性。 2 . 1爆壓和爆速的計(jì)算 2 . 1 . 1主炸藥的密度 本課題實(shí)驗(yàn)采用的是主藥柱為(d1 0 0 m m x 5 0 m m的鈍化 r d x炸藥和 r h t l炸藥 ( 5 5 r d x / 2 4 t n t / 2 0 a 1 / 1 蠟)，所用主藥柱的密度列于表2 . 1 中。 表2 . 1 實(shí)驗(yàn)中所用主炸藥的密度 炸藥 編號(hào)r d x - 0 1 r d x - 0 2 r d x - 0 3 r h t l - o 1 r h t l - 0 2 密 度( g / c m 3 ) 1 .7 7 71 . 7 7 81 . 7 7 8 1 . 8 4 4 2 . 1 .2鈍化r d x的爆速和爆壓的計(jì)算 2 . 1 .2 . 1鈍化r d x 的爆速及爆壓計(jì)算公式 鈍 化 r d x 炸 藥 的 爆 速 和 爆 壓 的 計(jì) 算 采 用1 9 8 5 年 吳 雄 提 出 的 。 _ r 公 式 (4 3 4 4 1 既 適 合于計(jì)算單質(zhì)炸藥， 又適合于計(jì)算混合炸藥爆速和爆壓， 計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相當(dāng)吻合， 近年來(lái)也得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用. ( 1 ) 爆速表達(dá)式為: v i, = 3 3 . 1 q + 2 4 3 .2 ru p , q= e q w , 山 二 e - .w , ( 2 - 1 ) 式中 q - -n合炸藥的爆熱或 特征熱值 ( j / g ) 。 一 位能因子 p 4 一 裝藥 密 度 ( 9 c m ) 9一 組分l 的 爆熱或 特征 熱 值 ( j / s ) 磯一 組分l 位能因子 田 ， 一 混合 炸藥中組分l 的 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ( 2 ) 爆壓表達(dá)式為: _ p o u d 2 x 1 0 -6 y + l ( 2 - 2 ) 式中p 一 爆轟 壓 ( g p a ) y 一 絕熱指數(shù) v d 一 爆速 ( m / s ) 式中的y 不能簡(jiǎn)化為3 ， 而是根據(jù)爆轟產(chǎn)物、 組分和初始密度求得，即: y 二 x + r , ( 1 一 e - 0 .5 46 p u ) ( 2 - 3 ) r . = 藝 n , 藝 些 m ( 2 - 4 ) r o , m, 式中k = c , / c . ( c , :定壓比熱容，c . :定容比熱容) r 。 一 總絕熱指數(shù) n , 一 混合炸藥中i 組分物質(zhì)的量 ( m o l ) w , - - - 混 合炸藥中i 組分的 質(zhì)量分?jǐn)?shù) m, 一 混合炸藥中i 組分的摩爾質(zhì)量 r ， 一 混 合 炸 藥中 i 組 分的 絕 熱 指 數(shù) 2 . 1 .2 .2計(jì)算鈍化r d x 的爆速和爆壓 利用 ( 2 - 1 ) 公式計(jì)算鈍化r d x 炸藥的爆速， 其中鈍化r d x 的組成為: 9 4 % r d x / 6 % 蠟 ， 查 文 獻(xiàn) 14 5 .可 知 : q r d x = 5 7 9 0 j d g - 殘= 2 9 8 3 j 貽一 ， 田 r d x = 1 4 .2 3 田 蠟 = 1 8 .6 0 q = e q w = 5 2 6 3 .6 2 j c g - w 二 藝 w ,w , = 1 4 .4 9 2 2 可 得 爆 速 : u , = 3 3 . 1 q 112 + 2 4 3 .2 m p o = 8 6 6 8 .0 n le - 利用 ( 2 - 2 ) 查文獻(xiàn) 14 5 1 可知: 一( 2 - 4 )公式計(jì)算鈍化r d x 炸藥的爆壓 r o ( r d x ) = 2 .6 5 m , ( r d x ) = 2 2 2 r , ( 蠟 ) = 3 .4 5從( 蠟 ) = 3 8 0 由 ( 2 - 4 )得: ，藝n , 1 。 = 二 下 二 乞任 七 i 藝 m , m ,_ _ = = 2 仃l f . , 城 由 ( 2 - 3 )得: y = k + i o ( 1 一 e -0 4 p ) = 2 .9 0 8 6 碩上論文一接觸爆炸作用命屬材料中沖擊波的衰減 由 ( 2 - 2 )得爆壓: p= p o u n 2 x 1 0 -6 y + 1 = 3 4 . 1 7 8 g p a 2 . 1 . 3 r h t l炸藥的爆速和爆壓的計(jì)算 2 . 1 . 3 . 1含鋁炸藥的爆速及爆壓計(jì)算公式 含 鋁 炸藥 的 爆 速及 爆 壓 可以 利 用 計(jì) 算 機(jī) 編 碼方 程k h t 及b k w 計(jì) 算a s - s o ， 也 可以 采 用經(jīng)驗(yàn)公式，現(xiàn)按照文獻(xiàn)8 1 的方法導(dǎo)出含鋁炸藥的爆速和爆壓得具體表達(dá)式; v i) = 列 /2 ( a 十 b p , ) p 一 1 .3 5 8 v ,p a ( 1 一 m m a - ) p m ig , = 0 .4 8 8 9 n q ( 1 一 m m ) w 2 ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 - 7 ) 式中 對(duì)于 2 . 1 3. 2 v d 一 爆速 咖/ p s ) p 一 爆壓 ( g p a ) lp i 一 代表含 鋁炸藥 組成及能 量的 示性數(shù) n一 每克炸藥所產(chǎn)生的氣體爆炸產(chǎn)物的物質(zhì)的量 ( m o l / g ) q 一 每克 炸藥 的 爆 炸反 應(yīng)熱 ( j / g ) m m 一 每克 炸藥 爆炸產(chǎn)物中a 1 2 0 , 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) p o 一 裝填密 度 ( g / c m ) p m 一 鋁粉的密 度 ( g / c m ) o m 一 含鋁 炸藥 中 鋁 粉的 質(zhì)量 分 數(shù) a , b - 一常數(shù)，對(duì)壓裝及注裝含鋁炸藥a = 1 ; 壓裝含鋁炸藥b = 1 . 2 5 ; 注裝含鋁炸藥b = 1 . 1 5 : 壓裝含高氯酸鹽的含鋁炸藥b = 1 . 0 5 0 l k g 的c m aa 1 。 含鋁炸藥， n = 6 a +2 6 +2 c 一2 d +3 e 4 0 0 0 1 7 4 . 4 5 a 一2 8 4 . 9 1 d一4 0 9 . 8 6 e ( 2 - 8 ) 1 0 0 0一 各 、0 ( 2 - 9 ) ( 2 - 1 0 ) q=氣 計(jì)算含鋁r h t l 炸藥的爆速和爆壓 利用( 2 - 5 ) - ( 2 - 1 0 ) 公式計(jì)算含鋁r h t l 炸藥的爆速和爆壓 ( 1 )炸藥各組分的基本參數(shù) ( 見(jiàn)下表 2 . 2 ) 表2 . 2 炸藥各組分的基本參數(shù) 組分分子式pr/9-an-3 o. b x 1 0 0 洲 . /k j -m o l l k g 炸藥中各組分 物質(zhì)的量/ m o l c 3 h 6 n6 0 6 c 7 h 5 n 3 仇 ai 1 . 8 1 6 1 .6 5 4 2 . 7 - 2 1 . 62 . 4 7 7 - 7 4 . 01 . 0 5 7 - 8 9 . 07 . 4 0 7 xti 刃洲a 石蠟c i s h 3 9 0 . 9 - 3 4 6- 5 5 8 . 5 60 . 0 3 9 ( 2 ) 炸藥化學(xué)式由表列數(shù)據(jù)可得 l k g 炸藥的化學(xué)式為 c , 5 . w h = , . . 2 j 1 , 0 。仇 , . m a 1 , . ( 3 ) 理論密度 p = 1 . 8 7 5 6 g / c m ( 4 ) 爆速由式 ( 2 - 8 )一( 2 - 1 0 )得 n = 0 . 0 3 8 0 8企- 6 4 4 2 . 9 j / g m , = 0 . 3 7 7 q , = 6 . 0 4 0 5 且 a = 1，b = 1 . 1 5 代入式 ( 2 - 5 )得含鋁r h t l 炸藥爆速為 u p = 武 n ( a + b p o ) = 7 . 6 7 2 二/ ii s ( 5 ) 含鋁 r h t l 炸藥的爆壓由式 ( 2 - 6 )得 p = 1 .3 5 8 (0 ,厲 ( 1 一 o) m 魚) = 2 4 . 1 g p p ,u 2 .2接觸爆炸沖擊波初始參量 2 . 2 . 1垂直入射時(shí)的初始參量 分界 面 處 沖 擊 波 初始 參量 計(jì) 算的 基本 假設(shè) 151 1 : 1 . 過(guò)程是一維的 ( 平面波) ; 2 取波陣面的一小段來(lái)展寬研究， 初始參量計(jì)算的模型如圖2 . 1 a 圖2 . 1 初始參量計(jì)算的模型 當(dāng) 波 前 質(zhì) 點(diǎn) 速 度 : o = o p . = 。 時(shí) ， 則 波 后 壓 力 為 p = p . d u ， 所 以 。 二 二 p , u 其中:p 材料的密 度， d 一一 沖擊波波 速，p d 材料的沖 擊阻 抗。 對(duì) 于 炸 藥 爆轟 而 言 : 。 ， = p h ( p . d ) 對(duì)沖擊波在介質(zhì)m 中 傳播:u m = p. ( p o d ) m 當(dāng)u . = u ， 時(shí)不反射波 ， 當(dāng) 仇d ) . 仇d ), 時(shí) ， 則 有 u . ， 反 射 沖 擊 波 ， 故界 面 壓力p . p h 。 界 面 連 續(xù)條 件 依然存在。 下面就這些情況進(jìn)行討論: ( 1 ) p x p h 的 情形 ( 反射稀疏波) 丁 川 . ji m 9 191 - 一 、 卞 原鄂 、_一 擊“ i / 01 um=0“一 畢 一 一一 、 j 一一一 - - ， 尸 一- .一 粉 一 一 爆 轟 產(chǎn) 物炸 “ ， 漸 蔚 爆 轟 產(chǎn) 物“ 界 a m 涼 ! +,r ae i 菱 老 一些 咒 原始分界面x 圖2 . 2 接觸爆炸下反射稀琉波的情況 當(dāng)爆轟波達(dá)到初始界面時(shí)，將向產(chǎn)物中傳播左傳稀疏波，有 u _ = 。 _ 一 (p , 與尸 = ， 。 一 戶 一 一1_ 一- - u p - p h pa y h。1 p 1 z r. 1 v 1 , ，、 切 1 j ，、 尸 h / 對(duì)上式進(jìn)行積分。 并 代入a h , p h 的 表達(dá)式， 得到: 一 yd1 1+ ylyl! 1一(; )r-px l2rph j ( 2 - 1 1 ) 同 時(shí)， 在介質(zhì)中，由 界 面連續(xù)條件得到: u 。二 = u ， 一 ,l ( 、一 、 o j (v m 0 - v m i = 了 ( ， : 一 、 o i ( v m 。一 、 ) ( 2 - 1 2 ) 如介質(zhì)的狀態(tài)方程可以寫成: p - = ( v w p 二 的 情 形 一 仁px 匕一一一么 沁 二 三一 j 圖2 . 3 接觸爆炸下反射沖擊波的情況 當(dāng)爆轟 達(dá)到 界面時(shí)，將反射左傳沖擊波。 假定二 = 二 ，有 p h 、 一 、 - (p. - p . )(,. - =) = 、 一 、 、 (二 一 1)(1一 二 ) 丫、徹 ) ( 2 -1 5) 了1了.、 、.少1、.1 、.，了、.護(hù) y + 1 ) p , + y 一 1 ) p , + y 一 1phy十y 一 1 y + l ( 2 -1 6) y + 1 了j了.、 了.、11.、 px一八 腸一氣 將式 ( 2 - 1 6 ) 代入式 ( 2 - 1 5 ) 中，得到: _ . _ 、 ， y 十 i l ( 2 - 1 7 ) 同樣地介質(zhì)中有: 二 干， - - 1) 2 y - -! 十 l 一 了 v( y + 1) )r + ( y - 1) u - = u 二 二 寸 ( 、一 、 。 ) ( 、 。 一 、) ( 2 - 1 8 ) 若 狀 態(tài) 方 程 為: p - = 抓 、) ， 則 可 由 式( 2 - 1 4 ) , ( 2 - 1 7 ) , ( 2 - 1 8 ) 求 出 u , p . a 碩 士 論 文_ _接 觸 爆 炸 作 用 金 屬 材 料 中 沖 擊 波 的 衰 減 2 . 2 . 2 接觸爆炸時(shí)4 5 鋼中 沖擊波初始參量的 計(jì)算 2 . 2 . 2 . 1 鈍化r d x 炸藥接 觸爆炸時(shí)4 5 # 鋼中 沖擊波初始參量的計(jì)算 本課題鈍化 r d x 炸藥的密度，爆速，爆壓由2 . 1 節(jié)計(jì)算所知: 先 = 8 6 6 8 .0 m / s p = 3 4 . l 7 8 g p a 由 ( 2 - 1 4 )和 ( 2 - 1 7 )可知 p . . =幾 二 p . o ( c n + r u -) u - 、 一 、 一 vd 干 y 十 l ( 卜1 ) 2 y j ( y + l ) 二 + ( : 一 1 ) 用圖解法求爆炸沖擊波初始參數(shù)，由以上兩個(gè)方程作圖。 對(duì)于4 5 鋼: p o = 7 .8 5 g / c m . c o = 3 .5 7 4 1o n / s . a = 1 .9 2 ， 將 所 有 數(shù) 據(jù) 代入 以 上 兩式，分別得到 p -=p = 7 . 8 5 0 x ( 3 . 5 7 4 + 1 . 9 2 u _) u _ 、 -一 ， ， ， ，p- 4 . 141一1p 3 4. 1 7 8 x 1 0 將 第 一 式p . . 一 氣 數(shù) 據(jù)列 于 下 表2 . 3 ， 將 第 二 式p - - u . 數(shù) 據(jù) 列于 下 表2 . 4 表2 . 3 鈍 化r d x 接 觸 爆 炸4 5 鋼 中 沖擊 波 參 數(shù)p . . 一 u 。 數(shù) 據(jù) u - / ( n 。一 ，) p= / g p a 2 0 0 4 0 0 6 0 07 5 09 0 01 以1 0 1 2 0 0 6 .2 11 3 . 6 3 2 2 .2 6 2 9 . 5 2 3 7 . 4 54 3 . 1 35 5 .3 7 表 2 . 4鈍 化r d x 接 觸 爆 炸 4 5 鋼 中 沖 擊 波 參 數(shù) p ,. - u 。 數(shù) 據(jù) u _ / ( m l l - l4 9 2 1 . 9 3 9 4 433 1 0 1 . 5 2 5 3 4 . 8 2 0 1 1 .31 6 8 2 . 10 6 2 . 3 p ,_ / g p a 6 .2 11 3 . 6 3 2 2 .2 6 2 9 . 5 2 3 7 . 4 54 3 . 1 3 5 5 .3 7 將上面兩表數(shù) 據(jù)分別 在 p - u 平面作圖 ( 圖 2 . 4 ) ， 兩曲線之交點(diǎn)坐標(biāo)值即為所求 沖擊波初始參數(shù) u , p a oo e . 010 m( 5 1 .3 8 g p a . 1 1 3 7 m/ s ) 0 0 仁. 0 1 0 d o e- 01 0 昏 3 .0 0 e 1 . 0 0 e . 01 0 o . o o e . 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 u (m/ s ) 圖2 . 4 鈍 化r n x 炸 藥 接 觸 爆 炸 時(shí)4 5 鋼中p - u 曲 線 由圖 上兩條曲 線交點(diǎn)m的坐標(biāo)值就是 鈍化r d x在4 5 鋼接觸爆 炸時(shí)的 初始參數(shù) p _ = 5 1 . 3 8 g p a u _=1 1 3 7 ml s 2 .2 .2 .2 含 鋁r h t l 炸 藥 接 觸 爆 炸時(shí)4 5 鋼 中 沖 擊波 初 始 參 量的 計(jì)算 本文含鋁 r h t l 炸藥的爆速，爆壓由2 . 1 節(jié)計(jì)算所知: u, = 7 6 7 2 m l s p = 2 4 . 1 g p a 由 ( 2 - 1 4 )和 ( 2 - 1 7 )可知 p -二 p = p o ( c o 十 a u - ) u - 、 一 、 二 vd . y 十 l ( 卜1) , 2- y 砍 y + l ) 二 + ( y 一 1 ) 用圖 解法求爆炸沖擊波初始參數(shù)，由以 上兩個(gè)方程作圖 對(duì)于4 5 鋼: p .,o = 7 .8 5 g l c m , c o = 3 .5 7 4 b n l s . a = 1 .9 2 ， 將 所 有 數(shù) 據(jù) 代 入 以 上 兩式， 分別得到 p . ,. = 幾= 7 . 8 5 0 x ( 3 .5 7 4 + 1 .9 2 u _ ) u _ 、 =一 ， ， ， ，尸- - 1 4t 了勺 甲 es es ， 丁 萬(wàn) 一 ! ， 2 4 . 1 x 1 0 將 第 一 式p -一 編 數(shù) 據(jù) 列于 下 表2 . 5 ， 將 第 一 式p - u - 數(shù)據(jù) 列 于 下 表2 . 6 表2 . 5 含鋁 r h t l 炸藥接觸爆炸 數(shù)據(jù) u , i l ( r s - ) 2 0 0 4 0 0 6 0 0 4 5 鋼中 沖 擊 波 參 數(shù)p . . 一 u - 7 5 0 9 0 0 1 0 0 01 2 0 0 p -/ g 尸 口 6 . 2 11 3 . 6 3 2 2 . 2 62 9 . 5 2 3 7 . 4 5 4 3 . 1 3 5 5 . 3 7 壺 翌 旦含 鋁r h t l 炸 藥 接 觸 爆 炸4 5 鋼 中 沖 擊 波 參 數(shù)p m r - u - 數(shù) 據(jù) u - /( n 。 一 ， )4 9 2 1 . 9 3 9 4 4. 3 31 01 . 5 2 5 3 4 . 8 2 01 1 . 3 1 6 8 2 .0 6 2 . 3 p . . / 6 尸 口6 . 2 11 3 . 6 32 2. 2 6 2 9. 5 2 3 7 . 4 5 4 3 . 1 3 5 5 . 3 7 將上面兩表數(shù)據(jù)分別在 p - u平面作圖 ( 圖 2 . 5 ) ，兩曲線之交點(diǎn)坐標(biāo)值即為所求 沖擊波初始參數(shù) u , p , 4. 5 0 e十 0 1 0 4. 0 0 e+ 0 1 0 3. 5 0 e+ 0 1 0 3 .0 0 e + 0 1 0 告 2 .5 0 e + 0 1 0 2. 0 0 e+ 0 1 0 1 . 5 0 e+ 0 1 0 1 . 0 0 e+ 01 0 之匆喇口.口.習(xí)側(cè) 習(xí) 口m 翔1 喇 口翻 口 目, . 習(xí)洲口，2 盆 口口 門口皿 口 】2 山 扣j皿 口 u ( m / s ) 圖2 . 5 含鋁r h t l 炸藥接觸爆炸時(shí)4 5 鋼中p 一 曲 線 由 圖2 . 5 上兩條曲 線交點(diǎn)ic i 的坐標(biāo)值就是含 鋁炸藥r h t l 在4 5 鋼接 觸爆炸時(shí)的 初始參數(shù): p : = 3 5 . 6 7 gp a u 。二 8 6 5 . 4 m / s 2 . 3本章小節(jié) 本章主要進(jìn)行了接觸爆炸下金屬介質(zhì)中沖擊波的初始參量的計(jì)算， 確定爆炸沖擊 波的初參量是計(jì)算介質(zhì)中沖擊波作用場(chǎng)動(dòng)力學(xué)參量的初始條件， 是本文理論和實(shí)驗(yàn)研 究 沖擊 波衰減 規(guī)律的前 提條 件。 在沖擊波初始參數(shù)的求解過(guò)程中， 由 于本文主 要研究 的介質(zhì)是4 5 鋼， 因此在爆炸 產(chǎn)物中 反射沖 擊波， 其次研究了沖擊波垂直入射時(shí) 介質(zhì) 中沖擊 波的 初始參數(shù)的計(jì)算公 式以 及用作圖 法計(jì)算沖擊波的初始參數(shù)。 從而計(jì) 算了 鈍 化r d x炸藥和含鋁r h t l 炸藥接觸爆炸時(shí)4 5 鋼中沖擊波的初始 參量。 亞 土 業(yè) 土 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一一 搜觸爆炸作用命屬材料中沖擊波的衰減 3凝聚介質(zhì)中沖擊波的衰減規(guī)律理論研究 本章理論研究了凝聚介質(zhì)中沖擊波衰減的規(guī)律。 本章從最基本的凝聚介質(zhì)的沖擊 波關(guān)系式， 即實(shí)驗(yàn)沖擊波關(guān)系式和實(shí)用狀態(tài)方程時(shí)的沖擊波關(guān)系式， 一直到等墑方程 的概念。 理論研究得出了沖擊波的衰減規(guī)律; 通過(guò)比較理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出 兩種結(jié)果吻合得比較好，從而驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)和理論研究的正確性。 3 . 1凝聚 介質(zhì)的 沖擊波關(guān)系式 . 3 . 1 . 1實(shí)驗(yàn)關(guān) 系式 在凝聚介質(zhì)中沖擊波的速度 d 與其波后質(zhì)點(diǎn)速度u 之間，在相當(dāng)寬的速度范圍 ( 或壓力范圍) 內(nèi) 存在著線性關(guān)系 5 2 1 d= c o + 加( 3 - 1 ) 其 中 c o 及a 是 常 數(shù) 。 美 國(guó)l o s a la m o s 國(guó) 家 實(shí) 驗(yàn) 室 和l a w r e n c e l iv e r m o re 國(guó) 家 實(shí) 驗(yàn)室 對(duì) 大 量 物 質(zhì) 進(jìn) 行了 系 統(tǒng)的 測(cè) 試 ， 獲 得了 詳 盡 的 數(shù) 據(jù) 53 -5 5 1 。 文 獻(xiàn) 給出 了 部 分 物 質(zhì) 的 雨 貢 紐 參 數(shù) 5 6 1 對(duì)于 凝聚 介質(zhì)， 即使沖擊波不強(qiáng)， 其波 后壓力和比內(nèi) 能都遠(yuǎn)大于該 物質(zhì)正 常狀態(tài) 時(shí) 對(duì) 應(yīng)的 值. 所以 ， 當(dāng) 沖擊 波波 前 處 于 正 常 狀態(tài) 時(shí)， 可以 認(rèn)為p o = e , = 0 ， 并 設(shè) 波