简易平面波发生器及飞片冲击实验(2)

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北京理工大学的陈朗、鲁建英等人[11]设计了4点起爆薄层炸药形成平面波的物理模型，并用非线性有限元方法对其形成过程进行了数值模拟，其输出波形时间差小于0.05 μs。如图1.3所示，在炸药上放置一铝板，铝板上钻有四个小孔，作为起爆点。炸药在四点同时起爆，当爆轰波相遇后叠加，并在一定范围内形成平面波。该种平面波发生器炸药量少，平面波相对面积较大，能满足一些特殊的使用要求。

图1.2 多点起爆薄层炸药的平面波发生器[11]

1.2.1.4 鼠夹式式平面波发生器

鼠夹式平面波发生器[12]的结构如图1.4所示。雷管及引爆头引爆炸药条，并抛射金属条线引爆炸药片，在炸药片的爆轰波作用下抛射金属板引爆住装药，从而引起平面爆轰波的传播。

图1.3 鼠夹式简易平面波发生器[12]

1—雷管；2—引爆头；3—炸药条；4—金属条；5—炸药片；6—金属板；7—主装药。

1.2.1.5 简易平面波发生器

除了以上几种平面波发生器外，于德洋、许云祥等人[8]研制了小直径平面波发生器，并进行了粗略的试验研究。此平面波发生器结构与本课题所采用的装置相同。赵红平和叶琳[3]等人自制了此种简易平面波发生器，并用其研究了材料的应变率响应，验证了该方案的可行性。梁增友和王兴[6]等人也设计了这种结构的平面波发生器，并应用有限元软件LS-DYNA对平面波形的平面度进行了数值模拟，验证其平面度达到了实验要求。

简易平面波发生器装置结构(如图1.5所示)主要由五部分组成：雷管、起爆药、副药柱、调整铝环和主药柱。各组成部分的功能为：

图1.4简易平面波发生器装置结构示意图

1-雷管；2-传爆药；3-副药柱；4-调整铝环；5-主药柱。

a) 雷管：雷管是爆破工程的主要起爆材料，产生起爆能引爆传爆药；

b) 传爆药：迅速起爆并引爆副药柱；

c) 副药柱：在传爆药的作用下均匀起爆，并形成稳定传播的球面爆轰波；

d) 调整铝环：基于炸药接触密实介质爆炸和在空气中爆炸的作用规律不同，对副药柱传来球形爆轰波进行调整，使主药柱中的爆轰波近似于平面传播；

e) 主药柱：由经过铝环调整后形成的冲击波或爆轰产物冲击引爆，在不同的冲击压力下具有不同的引爆延迟时间，从而对波形进一步调整。同时，给予调整后的爆轰波传播路径，使输出的冲击波更加稳定。

由雷管起爆传爆药后，在高温高压爆轰产物作用下引爆副药柱，爆轰波在副药柱中以球面形式传播。当爆轰波传至炸药—铝环边界后，经过铝环的调整冲击引爆主药柱，形成平面波在主药柱中传播。

1.2.2 爆轰驱动飞片研究现状研究现状

目前，在高能量密度物理和技术领域中，利用强冲击波波阵面得到瞬时高压的动态方法上得到了很大的发展。由炸药爆炸驱动飞片撞击靶板是迄今在高压科学研究中使用最广泛的方法之一，国内外学者对此开展了大量的研究。

国内外对爆轰波驱动飞片的研究有很大的进展。中国科技大学的朱兆祥和蒋大和[14]通过将复杂问题化为求解常微分方程问题，并采用小参数摄动法给出了用爆速和多方指数等两个炸药示性参量表出的估算飞片运动的良好近似公式，提供了估计飞片速度的方法。金柯[15,16]利用数值模拟方法，研究了主装药与飞片之间的空气间隙厚度变化对飞片中载荷幅度和载荷上升时间、飞片速度和飞片变形量的影响，可作为飞片冲击试验设计的参考。此外，德国学者N. Gebbeken和S. Greulich利用飞片冲击试验确定了混凝土的冲击压缩特性[17]。他们通过VISAR监控被冲击靶板上冲击波的声速，并对其中的误差进行了讨论，得到了质点速度与冲击波速度的线性关系。