引信传爆序列殉爆特性数值模拟方法

范一清，王 炅

(南京理工大学，江苏 南京 210094)

引信传爆序列殉爆特性数值模拟方法

范一清，王 炅

(南京理工大学，江苏南京210094)

针对殉爆数值模拟方法的研究对象主要为炸药的问题，提出了引信传爆序列殉爆特性数值模拟方法。该方法采用Autodyn软件对典型引信传爆序列殉爆特性进行了数值模拟，得到了主发传爆序列传播到被发传爆序列周围的爆炸冲击波。数值模拟结果表明，由于主发引信传爆序列爆炸冲击波的瞬间冲击作用，造成被发引信传爆序相应质点压力剧增达到临界爆发点，最终导致被发引信传爆序列发生殉爆。

引信；数值模拟；传爆序列；殉爆

0 引言

引信传爆序列是爆轰能量传递的关键部件。传爆序列的安全性直接关系着弹药的安全性和可靠性[1]。传爆序列中的含能材料通常具备了较高的机械感度和冲击波感度，在外界刺激作用下极易发生爆炸或爆轰，导致灾难性事故发生[2]。

殉爆是含能材料具备的危险性特征之一。通过引爆殉爆源，观察在殉爆源爆炸能量作用下，是否引起被测试物品发生殉爆现象，从而判定在生产，贮存，运输，销毁过程中是否存在危险[3]。

当引信采用分装方式时，一个包装箱中数发或十几发引信的同时爆炸也具有极大的危害，还有可能引起附近弹药的连锁反应。目前，国内外对炸药殉爆仿真研究较多。研究引信在爆轰环境中是否发生殉爆反应，可参照弹药殉爆仿真过程对引信进行仿真分析。陈朗等人采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算，分析了炸药殉爆过程中，被发炸药爆轰波的成长历程[4]。周保顺等人对冲击波作用下炸药殉爆过程进行了数值模拟研究[5]。鲁忠宝等人采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了典型装药水下殉爆的有限元仿真模型[6]。目前尚未见有详细描述引信传爆序列殉爆数值仿真的文献。本文针对此问题，提出了引信传爆序列殉爆特性数值模拟方法。

1 计算模型

1.1 物理模型及算法

引信传爆序列由雷管、导爆药、传爆药组成。类比弹药殉爆[7]过程可得，引信殉爆模型应包括主发引信壳体和传爆序列，被发引信壳体和传爆序列，空气。如图1所示。

主发引信传爆序列含能材料为长方形物理模型。考虑到模型的对称性，实际建模为1/2长方形。图1中，主发引信传爆序列中雷管，导爆药，传爆药长度依次为10.3 mm,5.15 mm和18 mm。

采用的算法为单点多物质流固耦合算法，即计算模型中用欧拉法描述主发引信传爆序列装药及周围空气介质。被发引信体用拉格朗日法描述。主发引信传爆序列中的雷管上端面中心点设为起爆点。

1.2 材料参数和物态方程

雷管常采用分压多层装药，选药主要考虑简化传爆序列的模型，在接近实际雷管能量的情况下，选用B炸药。

导爆药受其结构的限制，选择临界直径较小的黑索金。

传爆药选用具有与特屈儿相同感度的PBX9404。

主发引信传爆序列含能材料包括雷管装药、导爆药、传爆药。均选用常用的Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程。其基本形式如下：

表1给出了主发引信传爆序列中各含能材料的爆轰性能参数和JWL状态方程参数[8-10]。

表1 JWL模型参数

被发引信传爆序列含能材料选用点火增长模型。其基本形式如下：

G2(1-λ)eλgpz

表2给出了被发引信传爆序列各含能材料的反应模型参数[11-13]。

表2 点火增长反应模型参数

采用弹塑性模型，用Johnson-cook和Shock方程描述引信壳体的本构关系和冲击波作用下材料的状态变化，用失效应变来判断材料的失效，密度为790 kg/cm3，弹性模量206 GPa，屈服应力350 MPa，壳体的失效应变为0.15。空气采用线性多项式方程和理想气体的状态方程，密度取标准状态下ρ=1.298 kg/m3。

2 模拟结果分析

上述主、被发引信传爆序列数值模拟结果如下图2所示。由图可知主发引信传爆序列发生可靠作用后，被发引信发生了殉爆。根据被发引信体中爆轰波传播方向，选取不同位置单元点观察爆轰波成长情况，分别在被发引信体对应的雷管，导爆药和传爆药位置进行标记1，2，3。如图3所示。各节点的压力时程曲线如图4,图5,图6所示。

3 模拟结果验证

对于炸药殉爆来说，冲击波压力大于临界起爆压力是炸药殉爆的必要条件。同理，对于引信殉爆也采取同样的分析方式。炸药B所需的起爆压力至少要达到4.950 495 MPa，黑索金起爆压力至少达到5.630 027 MPa，PBX-9404至少达到5.543 478 MPa。进行试验验证，由表3可知试验中被发引信体的雷管，导爆药，传爆药即对应的节点1,2,3处的冲击波超压峰值均大于临界起爆压力。所以被发引信发生殉爆反应与数值模拟结果一致。

节点名称冲击波超压峰值大小/GPa13.344321.284431.0885

4 结论

本文提出了引信传爆序列殉爆特性数值模拟方法。该方法利用AUTODYN软件进行引信传爆序列殉爆仿真。数值模拟结果表明，引信传爆序列在遭遇意外刺激发生可靠作用时会使邻近引信产生殉爆反应。所以为适应不敏感引信技术的要求，急需设计新型的引信传爆序列，含能材料和包装技术，减小引信载体(包括人员)的损害程度。

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NumericalSimulationofSympatheticDetonationofFuzeExplosiveTrains

FAN Yiqing,WANG Jiong

(Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094,China)

According to the situation that the study object of numerical simulation of sympathetic detonation was usually explosives,this article present the numerical simulation of sympathetic detonation of explosive trains in fuze. The autodyn was used to research sympathetic detonation property of explosive trains in fuze, and the shock waves produced by the donor fuze explosive trains propagated to the acceptor was cut. Simulation results turned out that under the blast impact of the donor fuze explosive trains, which led to the acceptor’s pressure excursion, reaching the critical point, which finally caused the sympathetic detonation of the fuze explosive train.

fuze; numerical simulation; explosive train; sympathetic detonation

2017-05-06

范一清(1993—)，女，安徽桐城人，博士研究生，研究方向：不敏感引信技术。E-mail:fyq930222@sina.com。

TJ430;O383

A

1008-1194(2017)05-0007-03