[发明专利]一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法

说明书

本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，该方法利用惰性物质替代含铝炸药爆轰过程中未反应的铝粉，综合运用爆轰理论计算、水中爆炸数值模拟和水中爆炸实验，即可确定含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数。该方法具有准确度高、针对性强、可靠性好等优点，克服了理论计算预测含铝炸药JWL状态方程参数时误差大的缺陷，对于含铝炸药配方设计和爆炸性能评估具有一定的使用价值。

技术领域

本发明涉及一种JWL状态方程参数计算方法，尤其涉及一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程计算方法。

背景技术

JWL状态方程作为一种动力学状态方程，能够较为精准的描述炸药爆轰产物的膨胀驱动做功过程，目前被广泛应用于各种爆轰数值模拟仿真计算软件中。确定炸药JWL状态方程的方法有两种，一是通过圆筒试验可以准确获取JWL状态方程参数，另外一种是利用热力学程序来计算爆轰产物的等熵膨胀数据来确定。圆筒试验的方法尽管精准，但试验费用及时间成本高，且不同密度、不同组成下，炸药爆轰产物的JWL状态方程参数均不同。因此理论计算获取JWL状态方程参数进行炸药配方设计阶段的评估就非常重要。

对于含铝炸药等非理想炸药，爆轰反应时间较长(达到了ms级)，并且存在一定宽度的反应区。因此，利用爆轰参数热力学计算程序直接计算含铝炸药的等熵膨胀数据并不符合真实情况。只有考虑到铝粉的反应度时，计算的含铝炸药JWL状态方程参数才可获取较为准确的结果。

《基于KHT程序的RDX基含铝炸药JWL状态方程参数预测研究[J]》北京理工大学学报，2013，33(3)：239-243公开了一种基于KHT程序算法计算RDX基含铝炸药JWL状态方程参数的方法。程序基于KHT方程，从炸药组成出发，利用爆轰产物自由能最小原则求解炸药的等熵膨胀数据，再拟合成JWL状态方程的形式。计算结果表明该算法求得的JWL状态方程误差约为15％，误差较大，不满足对含铝炸药评估的需要。

发明内容

针对现有含铝炸药JWL状态方程参数计算方法存在的不足，本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程计算方法，用来预估含铝炸药的JWL状态方程参数。

本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，计算流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1，选取惰性物质，利用惰性物质代替含铝炸药中的部分铝粉，设计铝粉不同反应度的含铝炸药配方；

步骤S2，将不同反应度的含铝炸药配方分子式、密度、生成焓、爆轰产物的热力学函数和固体状态方程参数输入到BKW爆轰参数热力学计算程序中，运用程序计算出铝粉不同反应度含铝炸药的等熵膨胀曲线；

步骤S3，将不同的等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程参数的形式；

步骤S4，利用非线性有限元数值仿真软件AUTODYN构建炸药水下爆炸计算模型，选择材料模型并修改炸药材料的JWL状态方程参数，设置起爆点及求解时间对100g～10kg各不同反应度的含铝炸药配方进行水下爆炸试验模拟，如图2所示。求解不同时刻、不同位置处的冲击波压力曲线，如图3所示。由冲击波压力时程曲线得到冲击波压力峰值；

步骤S5，将获取的一组冲击波压力峰值和实验值进行对比分析，选取计算值和实验值一致的确定为该含铝炸药的JWL状态方程参数；

本发明的步骤S1惰性物质优先选用氟化锂(LiF)材料。LiF作为惰性材料，作为炸药的组分时不参与炸药的化学反应，同时其密度与铝粉相近，可按质量比为1:1替换。

本发明计算时物质的热力学函数和固体状态方程优选分别采用熵-温方程和Cowan状态方程来描述。

本发明的步骤S2中爆轰参数热力学计算程序优选BKW方程，方程系数优选α＝0.5，β＝0.16，θ＝400，κ＝10.909，利用爆轰产物的自由能最小原则求解爆轰产物的等熵膨胀曲线数据。