聚能粒子流的形成與侵徹研究.pdf

1、多孔藥型罩具有工藝簡單、成分配比靈活、生產(chǎn)效率高和成型性好等特點，而且很大程度上避免了杵堵等現(xiàn)象的發(fā)生，其已經(jīng)在民用行業(yè)特別是石油射孔領域得到了廣泛應用。多孔藥型罩在爆轟波的作用下被壓垮，在其軸線上處于一種連續(xù)不散的粒子狀態(tài)，由無數(shù)個小微粒組成，稱之為聚能粒子流。與密實材料聚能射流相比，由于聚能粒子流具有許多特有的特性，如不發(fā)生頸縮斷裂和膨脹性等特性，因此，需要對聚能粒子流的相關機理進行深入研究。
　　 本文在考慮多孔材料的材料

2、特性的基礎上，利用理論分析、試驗研究和數(shù)值模擬相結合的方法，從聚能粒子流的速度及形成條件、聚能粒子流的溫升計算、多孔藥型罩制備及其影響因素、聚能粒子流對不同靶板的侵徹特性以及聚能粒子流的數(shù)值模擬等方面進行了系統(tǒng)地分析研究。
　　 首先對現(xiàn)有的多孔材料初始完全壓實和部分壓實情況進行綜述和討論。分析討論了多孔材料初始完全壓實的沖擊絕熱線及其相關參數(shù)的確定。按照率無關和率相關分析介紹了多孔材料部分壓實的一些理論模型；對理想混合物的沖擊

3、絕熱線及其相關參數(shù)的確定進行了分析介紹。通過綜合分析對比，確定利用理想混合物的疊加原理來確定鎢銅密實材料的沖擊絕熱線的相關參數(shù)，采用多孔材料的初始完全壓實的沖擊絕熱線來描述鎢銅多孔藥型罩的沖擊壓縮狀態(tài)。
　　 考慮多孔藥型罩的初始孔隙度對多孔藥型罩壓合速度的影響，給出了多孔藥型罩壓合速度和聚能粒子流速度的計算方法。提出了判斷多孔藥型罩形成凝聚性聚能粒子流的角度準則和聲速準則。計算結果表明：在同一個壓力下，隨著孔隙度的增加，藥型罩

4、壓合速度增加，而聲速降低；在同一孔隙度下，隨著壓力的增加，藥型罩壓合速度增加，而聲速也降低；聚能粒子流速度隨著孔隙度的增加而增加，壓垮角隨著壓合速度的增加而增加。計算結果與實驗結果較吻合。
　　 從多孔藥型罩材料在與爆轟波相互作用中受到?jīng)_擊波加載及隨后卸載、多孔藥型罩在壓合時的塑性變形以及聚能粒子流伸展過程中的塑性變形等造成聚能粒子流溫升的三個階段，對聚能粒子流溫升進行理論估算，計算結果表明：多孔銅藥型罩材料在與爆轟波相互作用中

5、受到?jīng)_擊波加載及隨后卸載對于聚能粒子流頭部溫升的貢獻，達到了50％，而密實銅藥型罩材料在與爆轟波相互作用中受到?jīng)_擊波加載及隨后卸載對于聚能射流頭部溫升的貢獻為45％；多孔銅藥型罩材料的塑性變形對于聚能粒子流尾部溫升的貢獻最大，達到了70％，而密實銅藥型罩材料的塑性變形對于聚能粒子流尾部溫升的貢獻為45％;由于多孔藥型罩在與爆轟波相互作用中受沖擊波加載及隨后卸載引起的溫升的貢獻，聚能粒子流的溫升明顯高于密實聚能射流的溫升。
　　

6、對已有的密實材料聚能射流和多孔材料聚能粒子流的侵徹模型進行介紹和分析，在考慮材料的可壓縮性的基礎上，結合多孔藥型罩材料的特性，提出了聚能粒子流侵徹計算模型，該模型在不同情況下，可以轉(zhuǎn)化為已有的多種形式的侵徹模型。使該模型具有較廣泛的應用前景。
　　 采用機械合金化方法進行混粉，利用旋模壓制方法進行壓制藥型罩毛坯，再在甲醇裂解氣體的保護下進行低溫燒結，可以制備出性能較優(yōu)的鎢銅藥型罩。在鎢銅藥型罩配方的基礎上添加適量的鉛粉，可以提高

7、鎢銅聚能粒子流的侵徹性能，但過量的鉛粉反而會降低鎢銅聚能粒子流的侵徹性能。鎢銅聚能粒子流穿深與炸高之間的關系表明：鎢銅聚能粒子流適合用于小炸高下使用，其最佳炸高為2.1倍裝藥口徑。鎢銅聚能粒子流侵徹不同靶板的試驗結果表明：侵徹45號鋼時，其穿深與時間的關系為指數(shù)函數(shù)形式，而侵徹鋁板和混凝土靶時，其穿深與時間的關系為冪函數(shù)形式。鎢銅聚能粒子流對低密度靶板的侵徹性能要優(yōu)于對高密度靶板的侵徹性能。
　　 利用理想混合物狀態(tài)方程的確定方

8、法，確定了鎢銅多孔藥型罩的Shock狀態(tài)方程參數(shù)，并利用AUTODYN軟件對鎢銅聚能粒子流進行了數(shù)值模擬研究，數(shù)值模擬結果表明：模型網(wǎng)格的劃分對聚能粒子流速度影響較大，采用“中”網(wǎng)格劃分可以基本滿足計算的要求，且計算時間可以節(jié)省40％，但聚能粒子流速度與實驗結果相比要低11.1％；隨著時間的增加，聚能粒子流在空氣中飛行的速度在下降，但在4倍裝藥口徑位置處以后，速度下降較慢，這主要是聚能粒子流的頭部與主體分離，其速度變化較小所致。鎢銅聚能

9、粒子流侵徹鋁靶的過程中，在開坑階段聚能粒子流速度下降較快，在準定常階段，速度下降較慢。聚能粒子流在此過程中也發(fā)生“消蝕”現(xiàn)象；數(shù)值模擬得到的穿深與時間的關系擬合曲線與實驗得到的結果相似，但在相同的時間內(nèi)，穿深值要低于實驗值，這主要是由于聚能粒子流速度低于實驗值所致。鎢銅聚能粒子流侵徹鋁靶后在鋁靶內(nèi)形成的孔道剖面圖，數(shù)值模擬與實驗結果吻合較好。
　　 本文的研究工作可以為含有多孔材料藥型罩的聚能裝藥結構設計及其工程應用提供一定的理