AUTODYN简易平面波发生器及飞片冲击实验方案设计(2)

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2.3 沿空气路径下主药柱的起爆时间计算 15

2.4 典型平面波发生器工程计算 18

2.5 本章小结 19

3 简易平面波发生器数值模拟研究 21

3.1 引言 21

3.2 算法选择 21

3.3 材料模型及参数 22

3.4 简易平面波发生器作用过程数值模拟 24

3.5 简易平面波发生器驱动飞片过程的数值仿真 26

3.6 基于数值仿真的工程模型修正 29

3.7 本章小结 31

4 基于简易平面波发生器的飞片冲击实验方案设计 33

4.1 引言 33

4.2 实验方案 33

4.3 实验结果及分析 35

4.4 数值仿真验证 36

4.5 本章小结 36

结论 37

致谢 38

参考文献 39

附件1 工程模型程序清单 41

1 绪论

1.1 研究背景及意义

平面波发生器是一种将炸药装药设计成理想的几何形状以产生极强的平面压力脉冲[1]的化爆高压装置。由于其具有压力可调、产生的冲击波有一定的平面范围等特点，常被用来对材料进行冲击压缩进而研究其动态力学性能[2]，如材料在冲击压缩下的温度和熔化特性、高密度气体物态方程、材料的损伤演化及动态破坏等[3,4]。

平面波发生器的作用原理可以应用几何光学的一般原理进行考核研究：爆轰波的传播与光波的传播类似，都遵守几何光学的惠更斯—菲涅耳原理。实际的炸药爆炸多数由雷管引爆，这种点引爆时爆轰波阵面是以球形逐渐展开的，并且波的传播方向是垂直于波阵面的。当爆轰波由一种炸药向另一种炸药中传播时，由于爆轰波在两种炸药中的传播速度不一样，因此会发生折射现象[5,6]。通过设计具有合理复合装药结构的装置便可将爆轰波波形由球面调整为平面形式。

国内外研制了各种各样的平面波发生器，目前主要向高精度平面性方向发展。其中，最常见的平面波发生器是圆锥形炸药透镜式平面波发生器[4-6]。这类平面波发生器虽然能在一定程度上实现平面波，但是其设计普遍存在平面波范围小，波形弯曲量大、波形重复性差等缺点，难以满足材料物态方程参数、力学特性参数测量中对击靶波形的高精度要求。此外，其结构复杂，使用起来很不方便。

为克服圆锥形透镜式平面波发生器结构上的复杂性，在其基础上设计了简易平面波发生器[4,6,8]。与传统平面波发生器的锥形结构不同，简易平面波发生器的结构采用比较简单的直筒式。将一铝环置于等直径的药柱之间，并调整铝环的尺寸，便可得到平面度较高的波形。目前，国内学者通过数值仿真和相关实验已验证了简易平面波发生器的结构可行。

本课题在这样的研究背景下展开，对简易平面波发生器的作用原理进行了深入研究，并建立了其作用原理的工程模型；借助于AUTODYN数值仿真得到一定装药条件下的能输出平面度时间差小于0.03 μs所需的铝环尺寸。并在此基础上设计了简易平面波发生器驱动飞片的实验方案，得到了检验平面度的测试方法。本课题的研究对深入理解简易平面波发生器的设计原理，以及对研究材料动态力学性能时涉及的飞片发射装置的设计具有指导意义。