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  1. 廉艳平, 张雄, 周旭, 马上, 赵玉立. Numerical Simulation of Explosively Driven Metal by Material Point Method. International Journal of Impact Engineering, DOI: 10.1016/j.ijimpeng. 2010.10.031, in press.

 

爆轰驱动飞片在多个领域有着广泛的应用,该过程涉及爆轰波的传播、爆轰产物的急剧膨胀及其与周围材料相互作用产生的大变形。本项目组针对该问题在我们的大规模物质点法计算平台MPM3D上实现了C-J爆轰模型、JWL状态方程和Grunesion状态方程,对非对称构型和对称构型两种装药的爆轰驱动飞片过程利用一维/二维模型进行了详细的数值模拟研究。

图1所示为非对称构型装药一维和二维模型的结果对比,数值结果与Gurney公式及其修正的经验公式预测值吻合很好。数值模拟显示爆轰完成前,压力峰值趋近C-J压力;由于钢的波阻抗大于爆轰产物,故透射波压力峰值增大,透射波到自由界面后,反射回拉伸波,如图2所示。典型二维非对称构型在起爆0.1ms后飞片的变形状态如图3所示。图4给出了爆轰驱动飞片的过程。

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(a) 一维模型                        (b) 二维模型

图1  非对称板型装药不同质量比下飞片终态速度模拟结果与经验公式
及其修正公式预测值的比较

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图2 爆轰驱动过程中不同时刻的压力曲线

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图3  质量比为1.6270的非对称板型装药初始构型及其在起爆0.1ms后的变形图

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图4  爆轰驱动飞片过程

对称构型装药的一维模型数值模拟结果也显示经验公式符合良好,但是其二维模型模拟结果显示经验公式预测偏高。张雄教授等针对已有的经验公式预测偏高的不足,提出了一种修正方案,如图5所示,其中阴影中的炸药质量在计算时扣除,修正方案所得预测结果得到很大改善。

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图5  对称板型装药二维模型质量修正示意图