一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法技术

本发明专利技术提供一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，包括：S1、杀爆类弹药殉爆数值模型构建；S2、近场爆炸冲击波与破片群耦合威力场精确表征；S3、殉爆响应特性与弹药安全性评估。本发明专利技术可精确表征近场殉爆范围内爆炸冲击波压力冲量衰减规律和破片群速度与质量分布特性，通过装药反应烈度可定量评估典型殉爆刺激元作用下弹药安全性等级。爆刺激元作用下弹药安全性等级。爆刺激元作用下弹药安全性等级。

【技术实现步骤摘要】
一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法


[0001]本专利技术属于弹药安全性评估领域，具体涉及一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法。

技术介绍

[0002]武器弹药在储存，运输和服役等全寿命过程中可能受到跌落、子弹、破片撞击、火烤、射流侵彻等意外刺激，从而诱发爆炸，爆炸产生的高压爆轰产物、高温火焰、高速破片群等易导致临近弹药殉爆，诱发链式爆轰，严重威胁武器平台安全性。由于近场殉爆实验危险性大，成本高，仅能获取典型位置压力历史和见证靶，被发壳体破坏情况等有限数据，难以对弹药近场殉爆安全性进行定量精确评估。数值计算方法可基于真实殉爆实验建模，能够获取全域爆炸冲击波衰减规律，壳体断裂及破片群飞散特性，被发药反应演化过程等信息，对分析与评估弹药殉爆安全性具有重要作用。
[0003]目前，国外Kim和Milers等采用数值分析方法，对杀爆类弹药近场殉爆过程进行表征，通过殉爆实验回收破片和测量压力数据校核数值模型，认为被发药殉爆原因为破片群和爆轰产物撞击作用导致。国内公开号为CN112380739A的专利技术专利提出了一种外部加载冲击压力载荷的固体发动机冲击起爆仿真评估方法，该方法对破片和爆炸冲击波压力进行等效载荷处理，获得了载荷压力和作用时间对被发药冲击起爆的影响规律。上述数值评估方法可获得殉爆实验中被发药反应特性和起爆规律，但对殉爆刺激元耦合威力场尚未精确表征，难以定量评估弹药安全性等级。
[0004]杀爆类弹药近场殉爆过程中，主发弹药爆炸冲击波压力可达GPa量级，壳体受爆轰驱动形成高速密集破片群，壳体速度可达1～2km/s，受近场爆炸冲击波和破片群耦合作用，被发弹药易发生殉爆反应。
[0005]公开号CN108733925A提出的一种基于数值仿真评估自然破片型榴弹毁伤威力的方法，可用于描述中远场威力场特性，但采用的半经验公式难以精确描述近场爆炸冲击波衰减规律，对破片群速度和质量分布也并未进一步讨论。公开号为CN112380739A的专利技术专利提出了一种外部加载冲击压力载荷的固体发动机冲击起爆仿真评估方法，可用于快速预测装药临界起爆压力，但并未定量评估弹药反应烈度和刺激元响应特性。

技术实现思路

[0006]为解决现有弹药近爆威力场表征和殉爆安全性评估技术的不足。本专利技术提出了一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，可用于精确表征杀爆类弹药近爆耦合威力场和定量评估不同间距下弹药殉爆安全性等级。
[0007]具体的技术方案为：
[0008]一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，可精确表征近场殉爆范围内爆炸冲击波压力冲量衰减规律和破片群速度与质量分布特性，从而定量评估殉爆刺激元作用下弹药安全性等级。
[0009]包括：
[0010]S1、杀爆类弹药殉爆数值模型构建；
[0011]S2、近场爆炸冲击波与破片群耦合威力场精确表征；
[0012]S3、殉爆响应特性与弹药安全性评估。
[0013]S1中所述的杀爆类弹药殉爆数值模型包括主发弹药，被发弹药和见证靶三部分。
[0014]弹药壳体与见证靶材料采用Johnson_Cook本构模型和Gr
ü
neisen状态方程描述高压下金属动态响应机制，采用及计流动应力软化的累计塑性损伤模型与考虑材料自身微观缺陷的失效应变随机弱化模型联合描述壳体断裂破碎行为。
[0015]所述的主发弹药采用JWL
‑
Milers状态方程描述非理想炸药爆轰过程，被发弹药采用Lee
‑
Tarver反应速率模型与反应/未反应炸药的JWL状态方程联合描述冲击载荷下炸药点火反应演化行为。
[0016]所述的主发弹药起爆方式参考实际殉爆实验中雷管布设位置简化为点源起爆。
[0017]S2中所述的近场爆炸冲击波与破片群耦合威力场精确表征方法包括爆炸冲击波威力场表征与破片群威力场表征两部分。
[0018]所述的爆炸冲击波威力场表征方法为采用数值计算得到典型位置处压力与冲量历史，然后基于Kingery
‑
Bulmash公式拟合得到近场超压与冲量衰减规律，表达式为：
[0019]lg(p)＝Ag(z)3+Bg(z)2+Cg(z)+D
[0020][0021]式中，A，B，C，D为待拟合系数，对比距离TNT当量Q
vi
和Q
vTNT
分别为主发炸药和TNT爆热，爆炸冲击波超压和相对冲量单位为：kPa和kPa
·
ms
·
kg
1/3
。
[0022]所述的破片群威力场特性包含破片速度和质量分布两部分。
[0023]破片平均速度采用考虑端盖效应的理论公式，表达式为：
[0024][0025]式中，V
c
为壳体平均速度，m
c
，m
e
和C分别为壳体，端盖和装药质量，k为端盖厚度和壳体厚度之比，为Gurney能。
[0026]破片轴向速度采用考虑爆轰和非爆轰端累积修正的半经验公式，表达式为：
[0027][0028]式中，A＝(0.869k+2.770)
‑1，C＝(4.001k+5.208)
‑1，k为端盖厚度与壳体厚度比值，L为弹药总长，d为弹药直径，V
Gurney
为格尼速度。
[0029]破片群轴向飞散角表达式为：
[0030][0031][0032]式中，Ω为破片群飞散角，为静态飞散范围角，δ为壳体偏转角，ζ为爆轰波入射
角，D
e
为炸药爆速，F(x)为壳体轴向速度爆轰端和非爆轰端修正项乘积。
[0033]破片群轴向质量分布表达式为：
[0034][0035]式中，为壳体轴向平均质量，ρ为壳体密度，a
x
，b
x
和δ分别为轴向破片宽度，长度和厚度，F(x)为壳体轴向速度爆轰端和非爆轰端修正项乘积。通过数值计算提取得到典型破片尺寸与质量，进一步统计得到破片累计质量和数量分布规律，采用Weibull分布进行拟合标定，表达式为：
[0036][0037]式中，P
M
和N
M
为质量大于m的破片累积质量和数量概率，为壳体平均质量，N0为破片总数，λ和α为待拟合系数。
[0038]S3所述的殉爆响应特性与弹药安全性评估方法为开展不同距离处弹药殉爆数值计算，得到殉爆刺激元作用下，被发药反应度峰值与特征距离(弹药间距/装药直径)演化规律，然后基于装药反应等级定量评估弹药殉爆安全性，从而构建弹药近场殉爆数值评估模型。
[0039]参考北约弹药安全性考核标准，根据装药反应度和反应烈度得到弹药安全性评估等级见表1。
[0040]表1弹药安全性评估等级
[0041][0042]本专利技术提供的一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，具有技术效果：
[0043]1、已有杀爆类弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、杀爆类弹药殉爆数值模型构建；S2、近场爆炸冲击波与破片群耦合威力场精确表征；S3、殉爆响应特性与弹药安全性评估。2.根据权利要求1所述的一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，其特征在于，S1中所述的杀爆类弹药殉爆数值模型，包括主发弹药，被发弹药和见证靶三部分；弹药壳体与见证靶材料采用Johnson_Cook本构模型和Gr
ü
neisen状态方程描述高压下金属动态响应机制，采用及计流动应力软化的累计塑性损伤模型与考虑材料自身微观缺陷的失效应变随机弱化模型联合描述壳体断裂破碎行为；所述的主发弹药采用JWL
‑
Milers状态方程描述非理想炸药爆轰过程，被发弹药采用Lee
‑
Tarver反应速率模型与反应/未反应炸药的JWL状态方程联合描述冲击载荷下炸药点火反应演化行为。3.根据权利要求1所述的一种杀爆类弹药近场殉爆安全性的数值评估方法，其特征在于，S2的方法，包括：爆炸冲击波威力场表征与破片群威力场表征两部分；所述的爆炸冲击波威力场表征方法，采用数值计算得到典型位置处压力与冲量历史，然后基于Kingery
‑
Bulmash公式拟合得到近场超压与冲量衰减规律，表达式为：lg(p)＝Ag(z)3+Bg(z)2+Cg(z)+D式中，A，B，C，D为待拟合系数，对比距离TNT当量Q
vi
和Q
vTNT
分别为主发炸药和TNT爆热，爆炸冲击波超压和相对冲量单位为：kPa和kPa
·
ms
·
kg
1/3
；所述的破片...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕捷，马瑞龙，黄风雷，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：