胡宏伟,宋浦,赵省向,冯海云 的增加,压力幅值和波动减弱,并且爆轰产物气体压力量了三种PBXs炸药隧道内爆炸的准静态压力用于评 在密闭空间内分布均匀,产生一个压力幅值比反射冲击估炸药的内爆性能,对比了自由空气中爆炸威力和内 载荷峰值小很多,但作用时间很长的压力,见图3(b)。爆炸威力的差异,发现自由空气中爆炸威力高的炸药 此过程与结构容积、泄压面积爆炸能量释放特性有关。并不具有最好的内爆性能。 Thomas s F I研究发现 密闭空间内的冲击波反射和爆轰产物的抑制膨胀使其 total energy 与自由场爆炸具有不同的能量输出特性,这是由于自由 w38器≥品 场缺乏围墙(约束结构)和反射压力使紊流混合较弱,爆 after bum rat 炸产物迅速膨胀,没有后燃烧过程,导致密闭结构中爆 炸威力较高的炸药在自由空气中爆炸威力不高。 于准静态压力作用时间很长,产生的冲量非常 大,而且总能量的释放(即爆轰加后燃烧)仅是终态准 静态压的函数,因此,准静态压力作为评估炸药的 内爆性能的一个重要特征参量,应当纳入内爆类武器 图4典型富燃料炸药的总能释放与能量释放率时程曲 Fig 4 Time history of total energy release and energy release 的技术指标的评估体系。 rates for a typical fuel-rich explosive 3.4有限空间内爆炸结构动态响应 有限空间内爆炸会导致结构变形、破裂、崩塌和解 最先关注准静态压力的是密封抗爆结构强度设计体等效应,对于内爆类弹药战斗部、舰艇和防护结构的 人员,20世纪60年代以前,密封抗爆结构的强度设计设计非常重要,目前主要是通过小当量、小尺寸的缩 一般都忽略准静态气体压力,因为他们认为结构破坏模拟实验来进行研究,包括爆炸容器、钢筋混凝土模拟 的主要因素是反射冲击波压力。20世纪70年代,结构、各种等效靶标和实体结构等°小把球对称壳体 Trot2发现导致球形爆炸容器破裂的主要原因是准 对于爆炸容器,W.E. Baker等 静态的爆炸产物压力,而非瞬态的爆炸反射冲击波,准的振动简化成一维弹性振动或一维弹塑性振动建立 静态气体压力研究逐渐得到了重视,研究者所关注的了一维壳体弹性振动方程以及弹塑性振动方程,求出 参量主要是准静态气体的峰值压力及其持续时间。了载荷形式为线性衰减的壳体运动的弹性及弹塑性 Weibull w2和 Esparala E D证明了最大准静解。 Behnem1采用带应变硬化的刚塑性模型,同时 态压力与泄压面积无关,而是装药量与容器容积之比考虑冲击载荷及准静态压力的作用,得到了壳体径向 (m/V)的函数。表2为部分有代表性的准静态压力相应的解析解。对于任意形式的载荷或多次循环载 经验计算公式。 荷, Adischer3给出有限长圆柱壳的动态振动方程, 文中考虑了边界条件的影响,得到了方程的本征函数 表2准静态压力的经验计算公式 解。Dσr13利用理论分析和数值模拟提出了一种预 Table2 Empirical formulation of calculating the quasi-static pressure估混凝土结构内爆炸作用下混凝土板飞散速度的半理 esearcher formula applicable conditions 论经验计算方法。邓国强31研究发现密集弹片群不 p=1.30m/V ost of hes 仅产生聚集局部破坏效应,还会将能量传递到结构,使 Moir [25 p=(1. 34+0. 19)m/v most of HEs 之产生整体破坏效应,弹片群的整体破坏在防护结构 thony ( 26) m/v<1 设计中是不能被忽略的。郭志昆3对扁平箱形钢筋 0.146+0.193△H 混凝土密闭模型结构进行了药量递增直至破坏的内爆 炸实验,结果表明,作用在结构内表面上的压力是非线 海军水面战争中心达兰格林分部提出了一种性下降的,具有周期性宏观脉动特征,结构破坏形式以 利用密闭空间爆炸中压力时间历程来评估爆轰和后顶板的双向受弯破坏为主。侯海量等通过对典型 燃烧能量释放(即准静态压力)的方法,该方法假设反半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察,结 应时间被分为两部分,一部分发生在微秒时间尺度, 果表明舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷及 部分发生在毫秒时间尺度,基于压力即可定量测量初失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载 期反应和后燃烧反应的相对数量。Sung- ho Kim20测荷及失效模式有较大区别,其动态响应难以用敞开环 Chinese Joumal of Energetic Materials, Vol 21, No 4. 2013(539-546) 含能材料 www.energetic-materials.orgen胡宏伟，宋浦，赵省向，冯海云 的增加，压力幅值和波动减弱，并且爆轰产物气体压力 在密闭空间内分布均匀，产生一个压力幅值比反射冲击 载荷峰值小很多，但作用时间很长的压力，见图 ３（ｂ）。 此过程与结构容积、泄压面积、爆炸能量释放特性有关。 图 ４ 典型富燃料炸药的总能释放与能量释放率时程曲线 Ｆｉｇ．４ Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｏｔａｌｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅａｎｄｅｎｅｒｇｙｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅｓｆｏｒａｔｙｐｉｃａｌｆｕｅｌｒｉｃｈｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 最先关注准静态压力的是密封抗爆结构强度设计 人员，２０世纪 ６０年代以前，密封抗爆结构的强度设计 一般都忽略准静态气体压力，因为他们认为结构破坏 的主要因 素 是 反 射 冲 击 波 压 力。２０世 纪 ７０年 代， Ｔｒｏｔｔ［２１］ 发现导致球形爆炸容器破裂的主要原因是准 静态的爆炸产物压力，而非瞬态的爆炸反射冲击波，准 静态气体压力研究逐渐得到了重视，研究者所关注的 参量主要 是 准 静 态 气 体 的 峰 值 压 力 及 其 持 续 时 间。 ＷｅｉｂｕｌｌＨＲＷ［２２］ 和 ＥｓｐａｒａｌａＥＤ［２３］ 证明了最大准静 态压力与泄压面积无关，而是装药量与容器容积之比 （ｍ／Ｖ）的函数。表 ２为部分有代表性的准静态压力 经验计算公式。 表 ２ 准静态压力的经验计算公式 Ｔａｂｌｅ２ Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ ｆｏｒｍｕｌａ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｃａｒｌｓｏｎ［２４］ ｐ＝１．３０ｍ／Ｖ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ Ｍｏｉｒ［２５］ ｐ＝（１．３４±０．１９）ｍ／Ｖ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ Ａｎｔｈｏｎｙ［２６］ ｐ＝０．９７ｍ／Ｖ ｏｎｌｙＬＸ１３ ＴＭ５１３００［２７］ ｐ＝２．２６（ｍ／Ｖ）０．７２ ｍ／Ｖ＜１ ＫｉＢｏｎｇＬｅｅ［２８］ ｐＱＳ ＝０．１４６＋０．１９３ΔＨｃ ｍｏｓｔｏｆＨＥｓ 海军水面战争中心达兰格林分部［３］提出了一种 利用密闭空间爆炸中压力时间历程来评估爆轰和后 燃烧能量释放（即准静态压力）的方法，该方法假设反 应时间被分为两部分，一部分发生在微秒时间尺度，一 部分发生在毫秒时间尺度，基于压力即可定量测量初 期反应和后燃烧反应的相对数量。ＳｕｎｇｈｏＫｉｍ［２９］ 测 量了三种 ＰＢＸｓ炸药隧道内爆炸的准静态压力用于评 估炸药的内爆性能，对比了自由空气中爆炸威力和内 爆炸威力的差异，发现自由空气中爆炸威力高的炸药 并不具有最好的内爆性能。ＴｈｏｍａｓＳＦ［３０］ 研究发现 密闭空间内的冲击波反射和爆轰产物的抑制膨胀使其 与自由场爆炸具有不同的能量输出特性，这是由于自由 场缺乏围墙（约束结构）和反射压力使紊流混合较弱，爆 炸产物迅速膨胀，没有后燃烧过程，导致密闭结构中爆 炸威力较高的炸药在自由空气中爆炸威力不高。 由于准静态压力作用时间很长，产生的冲量非常 大，而且总能量的释放（即爆轰加后燃烧）仅是终态准 静态压的函数［３］ ，因此，准静态压力作为评估炸药的 内爆性能的一个重要特征参量，应当纳入内爆类武器 的技术指标的评估体系。 ３．４ 有限空间内爆炸结构动态响应 有限空间内爆炸会导致结构变形、破裂、崩塌和解 体等效应，对于内爆类弹药战斗部、舰艇和防护结构的 设计非常重要，目前主要是通过小当量、小尺寸的缩比 模拟实验来进行研究，包括爆炸容器、钢筋混凝土模拟 结构、各种等效靶标和实体结构等。 对于爆炸容器，Ｗ．Ｅ．Ｂａｋｅｒ等［３１］把球对称壳体 的振动简化成一维弹性振动或一维弹塑性振动，建立 了一维壳体弹性振动方程以及弹塑性振动方程，求出 了载荷形式为线性衰减的壳体运动的弹性及弹塑性 解。Ｂｅｈｎｅｍ［３２］ 采用带应变硬化的刚塑性模型，同时 考虑冲击载荷及准静态压力的作用，得到了壳体径向 相应的解析解。对于任意形式的载荷或多次循环载 荷，Ａｄｉｓｃｈｅｒ［３３］给出有限长圆柱壳的动态振动方程， 文中考虑了边界条件的影响，得到了方程的本征函数 解。Ｄｒｒ［３４］ 利用理论分析和数值模拟提出了一种预 估混凝土结构内爆炸作用下混凝土板飞散速度的半理 论经验计算方法。邓国强［３５］研究发现密集弹片群不 仅产生聚集局部破坏效应，还会将能量传递到结构，使 之产生整体破坏效应，弹片群的整体破坏在防护结构 设计中是不能被忽略的。郭志昆［３６］对扁平箱形钢筋 混凝土密闭模型结构进行了药量递增直至破坏的内爆 炸实验，结果表明，作用在结构内表面上的压力是非线 性下降的，具有周期性宏观脉动特征，结构破坏形式以 顶板的双向受弯破坏为主。侯海量等［３７］通过对典型 半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察，结 果表明舱内爆炸下，舱室板架结构承受的冲击载荷及 失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载 荷及失效模式有较大区别，其动态响应难以用敞开环 ２４５ ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．４，２０１３（５３９－５４６） 含能材料 ｗｗｗ．ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｏｒｇ．ｃｎ