炸藥裝藥爆炸反應(yīng)演化過程和約束影響的數(shù)值模擬

樓建鋒，張樹道

（北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所，北京 100094）

1 引言

炸藥裝藥在遭遇高速破片、射流打擊或雷管引爆等情況，較強沖擊波進入炸藥后，因材料超快速壓縮而激活基體中大量微介觀熱點產(chǎn)生反應(yīng)放能，使加載沖擊波不斷增強，在亞微秒或數(shù)微秒時間、毫米特征尺度上快速轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定傳播的爆轟波。

相比較而言，炸藥在遭遇意外事故而引發(fā)局部點火燃燒問題，由于沖擊強度相對較低，一般情況都無法形成沖擊波、不會直接激活炸藥基體內(nèi)部熱點而導(dǎo)致沖擊起爆，通常是絕熱剪切、界面摩擦等非沖擊點火機制引起局部能量沉積導(dǎo)致炸藥表面升溫點火、燃燒［1?2］。燃燒反應(yīng)初期壓力增長比較緩慢，在百微秒或毫秒時間達到百兆帕，如果裝藥殼體約束較強，密閉空間中壓力不斷增強，反應(yīng)會向高烈度方向發(fā)展，引發(fā)不同程度的爆炸響應(yīng)，裝藥內(nèi)不同部位的壓力可以達到數(shù)百兆帕、甚至千兆帕量級。而如果殼體約束較弱，壓力達到一定程度會導(dǎo)致殼體破裂解體、壓力驟降，反應(yīng)可能會因泄壓而熄滅，或在約束解除后轉(zhuǎn)為常壓下持續(xù)燃燒。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對非沖擊條件下炸藥燃燒反應(yīng)開展了很多研究工作［3-10］，認識了裂紋傳播、燃燒模式轉(zhuǎn)換對于反應(yīng)演化的重要性。例如，Jack?son 等［6］采用質(zhì)子輻射照相直接觀測烤燃實驗，尚海林等［9］使用高速攝影觀測壓裝炸藥間隙中燃燒產(chǎn)物對流傳播和烈度演化的物理行為特征，李濤等［10］通過約束球形裝藥中心點火實驗觀測高烈度反應(yīng)條件下燃燒裂紋傳播過程。……