[發明專利]一種多孔材料殼體爆炸初速獲取方法

有效

• 申請號: 202010400793.1
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111581748B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 孫傳杰;楊世全;朱永清;馮高鵬;盧永剛;李勇;譚曉軍;拜云山
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 沈成金

1.一種多孔材料殼體爆炸初速獲取方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，建立基于Gurney公式的致密材料殼體爆炸初速計算公式；

步驟二，根據炸藥與多孔材料殼體的阻抗匹配，得到爆炸沖擊后多孔材料的初始壓力和初始比容；

步驟三，根據初始壓力和初始比容的到爆炸沖擊過程中多孔材料比相應致密材料多消耗的熱內能；

步驟四，獲取爆炸沖擊過程中多孔材料殼體的塑性傳播區長度，根據多孔材料殼體的塑性傳播區長度得到對應的殼體質量；

步驟五，爆炸驅動過程產生的熱內能全部消耗在多孔材料殼體的塑性傳播區內，將該區域消耗的能量轉化為單位質量炸藥的多余消耗能量；對步驟一中的炸藥Gurney速度進行修正，根據修正后的基于Gurney公式的多孔材料殼體爆炸初速計算公式，得到多孔材料殼體爆炸初速；

所述的基于Gurney公式的致密材料殼體爆炸初速計算采用如下公式：

由Cooper公式得到

其中：V_G為殼體破片初速，m/s；為炸藥的Gurney速度；M為殼體質量；C為炸藥質量；n為殼體-裝藥結構形狀系數；D為炸藥爆速；

根據多孔材料殼體與炸藥的阻抗匹配，得到沖擊后多孔材料殼體的初始壓力和初始比容，包括炸藥沖擊阻抗大于多孔材料殼體沖擊阻抗和炸藥沖擊阻抗小于多孔材料殼體沖擊阻抗兩種情況；

炸藥沖擊阻抗大于多孔材料殼體沖擊阻抗時，反射波為稀疏波：

根據炸藥C-J爆轟參數及爆轟產物等熵膨脹方程，得到分界面爆轟產物的質點速度u_x

炸藥C-J壓力P_H

式中：γ為炸藥的多方指數；P_x為沖擊后分界面爆轟產物的壓力；ρ_c0為炸藥初始密度；沖擊后分界面多孔材料殼體的質點速度u_mx

式中：P_mx為沖擊后分界面處多孔材料殼體的壓力；v_m0為多孔材料殼體初始比容；v_mx為沖擊后多孔材料殼體的比容；

多孔材料的高壓沖擊Hugonoit方程，按McQueen流體模型

多孔材料相應的致密材料中沖擊波速u_s與質點速度u_p關系為:

u_s＝c₀+Su_p

P_mx0，則v_mx應滿足:

式中：v₀為致密材料的初始比容；c₀為致密材料的聲速；u_s為致密材料的沖擊波速；Γ₀為致密材料的常態系數；S為致密材料中沖擊波速u_s與質點速度u_p的經驗系數；

分界面處質點速度相等和壓力相等：

多孔材料殼體在炸藥爆炸沖擊作用下的沖擊初始參數匹配過程如下：

a)首先假設一個v′_mx，得到P_mx；

b)根據P_mx，v′_mx得到u_mx；

c)根據P_mx得到u_x；

d)判斷u_mx和u_x是否相等，若不相等，則調整v′_mx，重復上述步驟，直到u_mx和u_x的差值小于設定值；

炸藥沖擊阻抗小于多孔材料殼體沖擊阻抗時，反射波為沖擊波：

首先，根據炸藥C-J爆轟參數及爆轟產物等熵膨脹方程，得到分界面爆轟產物的質點速度u_x：

炸藥C-J壓力P_H：

沖擊后分界面多孔材料殼體的質點速度u_mx：

則

多孔材料的高壓沖擊Hugonoit方程，按McQueen流體模型：

因P_mx0，則v_mx應滿足以下不等式:

分界面處質點速度相等和壓力相等:

多孔材料殼體在炸藥爆炸沖擊作用下的沖擊初始參數匹配過程如下：

a)首先假設一個v′_mx，得到P_mx；

b)根據P_mx，v′_mx得到u_mx；

c)根據P_mx得到u_x；

d)判斷u_mx和u_x是否相等，若不相等，則調整v′_mx，重復上述步驟，直到u_mx和u_x的差值小于設定值；

所述的沖擊過程中消耗熱內能的多孔材料殼體質量獲取包括如下過程:

塑性區長度

設爆轟產物多方膨脹的臨界壓力時，沖擊壓力卸載為零，此時，爆炸產物由R₀膨脹至R,設爆轟產物在此范圍內以爆速勻速膨脹，花費的時間為T₀:

式中：R₀為炸藥初始半徑；R為爆炸產物膨脹到臨界壓力時的半徑；

設

塑性沖擊波速C₁，彈性沖擊波速C₀

則塑性變形傳播區長度l為

消耗熱內能的殼體質量

設多孔材料殼體的熱內能全部消耗在塑性變形區域，此區域的殼體質量為ΔM

則殼體-裝藥結構為球形時ΔM為：

殼體-裝藥結構為對圓柱形時ΔM

式中：L_M為圓柱殼體長度；ρ_M為多孔材料殼體初始密度；

所述的基于Gurney公式的多孔材料殼體爆炸初速模型，爆炸沖擊過程中多孔材料比相應致密材料多消耗的熱內能為如下所示：

設爆炸沖擊過程中，單位質量多孔材料的內能為E_P，相應單位質量致密材料的內能為E_s，兩者的差值為ΔE：

ΔE＝E_P-E_s

則多孔材料殼體多消耗的熱內能為ΔM.ΔE，并且假設該多余內能全部轉化為熱能消耗了；基于Gurney公式的多孔材料殼體爆炸初速模型；

根據Gurney速度公式可知，由多孔材料的可壓縮性產生了熱內能消耗，將炸藥Gurney能中熱內能消耗去除，將炸藥Gurney修正為：

得到多孔材料殼體爆炸初速V_{G_porous}為：

式中：E為炸藥Gurney能；E_cp為修正的炸藥Gurney能；C為炸藥質量。