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申请/专利权人：西安近代化学研究所

摘要：本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，该方法利用惰性物质替代含铝炸药爆轰过程中未反应的铝粉，综合运用爆轰理论计算、水中爆炸数值模拟和水中爆炸实验，即可确定含铝炸药爆轰产物JWL状态方程参数。该方法具有准确度高、针对性强、可靠性好等优点，克服了理论计算预测含铝炸药JWL状态方程参数时误差大的缺陷，对于含铝炸药配方设计和爆炸性能评估具有一定的使用价值。

主权项：1.一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，其特征在于，利用惰性物质替代部分铝粉设计铝粉不同反应度的含铝炸药，所述计算方法包括以下步骤：步骤S1，选取惰性物质，利用惰性物质代替含铝炸药中的部分铝粉，设计铝粉不同反应度的含铝炸药配方；步骤S2，将不同反应度的含铝炸药配方分子式、密度、生成焓、爆轰产物的热力学函数和固体状态方程参数输入到BKW爆轰参数热力学计算程序中，运用程序计算出铝粉不同反应度含铝炸药的等熵膨胀曲线；步骤S3，将不同的等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程参数的形式；步骤S4，利用非线性有限元数值仿真软件AUTODYN构建炸药水下爆炸计算模型，选择材料模型并修改炸药材料的JWL状态方程参数，设置起爆点及求解时间对100g～10kg各不同反应度的含铝炸药配方进行水下爆炸试验模拟，求解不同时刻、不同位置处的冲击波压力峰值；步骤S5，将获取的一组冲击波压力峰值数据和实验值进行对比分析，选取计算值和实验值一致的确定为该含铝炸药的JWL状态方程参数。

全文数据：一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法技术领域[0001]本发明涉及一种JWL状态方程参数计算方法，尤其涉及一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程计算方法。背景技术[0002]JWL状态方程作为一种动力学状态方程，能够较为精准的描述炸药爆轰产物的膨胀驱动做功过程，目前被广泛应用于各种爆轰数值模拟仿真计算软件中。确定炸药JWL状态方程的方法有两种，一是通过圆筒试验可以准确获取JWL状态方程参数，另外一种是利用热力学程序来计算爆轰产物的等熵膨胀数据来确定。圆筒试验的方法尽管精准，但试验费用及时间成本高，且不同密度、不同组成下，炸药爆轰产物的JWL状态方程参数均不同。因此理论计算获取JWL状态方程参数进行炸药配方设计阶段的评估就非常重要。[0003]对于含铝炸药等非理想炸药，爆轰反应时间较长达到了ms级），并且存在一定宽度的反应区。因此，利用爆轰参数热力学计算程序直接计算含铝炸药的等熵膨胀数据并不符合真实情况。只有考虑到铝粉的反应度时，计算的含铝炸药JWL状态方程参数才可获取较为准确的结果。[0004]《基于KHT程序的RDX基含铝炸药JWL状态方程参数预测研究[J]》北京理工大学学报，2013,333:239-243公开了一种基于KHT程序算法计算RDX基含铝炸药JWL状态方程参数的方法。程序基于KHT方程，从炸药组成出发，利用爆轰产物自由能最小原则求解炸药的等熵膨胀数据，再拟合成JWL状态方程的形式。计算结果表明该算法求得的JWL状态方程误差约为15%，误差较大，不满足对含铝炸药评估的需要。发明内容[0005]针对现有含铝炸药JWL状态方程参数计算方法存在的不足，本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程计算方法，用来预估含铝炸药的JWL状态方程参数。[0006]本发明提供一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，计算流程如图1所示，包括以下步骤：[0007]步骤S1，选取惰性物质，利用惰性物质代替含铝炸药中的部分铝粉，设计铝粉不同反应度的含铝炸药配方；[0008]步骤S2,将不同反应度的含铝炸药配方分子式、密度、生成焓、爆轰产物的热力学函数和固体状态方程参数输入到BKW爆轰参数热力学计算程序中，运用程序计算出铝粉不同反应度含铝炸药的等熵膨胀曲线；[0009]步骤S3，将不同的等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程参数的形式；[0010]步骤S4,利用非线性有限元数值仿真软件AUT0DYN构建炸药水下爆炸计算模型，选择材料模型并修改炸药材料的JWL状态方程参数，设置起爆点及求解时间对IOOg〜IOkg各不同反应度的含铝炸药配方进行水下爆炸试验模拟，如图2所示。求解不同时刻、不同位置处的冲击波压力曲线，如图3所示。由冲击波压力时程曲线得到冲击波压力峰值；[0011]步骤S5,将获取的一组冲击波压力峰值和实验值进行对比分析，选取计算值和实验值一致的确定为该含铝炸药的JWL状态方程参数；[0012]本发明的步骤SI惰性物质优先选用氟化锂LiF材料。LiF作为惰性材料，作为炸药的组分时不参与炸药的化学反应，同时其密度与铝粉相近，可按质量比为1:1替换。[0013]本发明计算时物质的热力学函数和固体状态方程优选分别采用熵-温方程和Cowan状态方程来描述。[0014]本发明的步骤S2中爆轰参数热力学计算程序优选BKW方程，方程系数优选α=0.5，β=0.16，Θ=400，K=1〇.909，利用爆轰产物的自由能最小原则求解爆轰产物的等熵膨胀曲线数据。[0015]本发明采用的非线性有限元软件优选AUT0DYN软件，模拟水下爆炸试验采用的炸药形状优选Ikg〜5kg的球形状药包，采用的水域优选无限水域、利用Eulers算法、Shock状态方程描述，建立采用的模型优选一维楔形单元，单元尺寸优选1〜2mm，6000〜8000个单元。求解位置观测点优选距离爆心Im〜5m处，求解时刻优选Oms〜6ms。[0016]本发明的优点：与现有技术相比，本发明是基于铝粉反应度拟合含铝炸药的JWL状态方程参数，计算结果可靠误差小，数据利用性好;本发明拟合出的炸药JWL状态方程参数可以用于炸药的爆轰数值模拟计算，降低对试验技术的依赖和要求。附图说明[0017]图1为一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程计算流程图。[0018]图2为水中爆炸计算模型。[0019]图3为计算出距爆心Im观测点的冲击波压力时程曲线。具体实施方式[0020]下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受下列实施例的限制。[0021]实施例1[0022]步骤Sl，从在线的JANAF热力学数据表中查找LiFcr温度范围OK〜2500K下的熵值，并根据这些数据拟合成熵-温方程。从在线的LASL冲击Hugoniot数据库中查找LiFcr的冲击压缩特性参数，并拟合成Cowan固体状态方程的形式；[0023]步骤S2,将反应度为0的含铝炸药各组分[黑索今RDXTNTLiF蜡质量比为4530205]的分子式、密度、生成焓、爆轰产物及拟合的惰性物质H20、C02、N2、H2、02、C0、NH3、H、NO、OH、CH4、C、LiF的热力学函数参数和固体状态方程参数输入到基于BKW方程的爆轰参数热力学计算程序中，计算该反应度下的含铝炸药的等熵膨胀曲线；[0024]步骤S3，将该反应度下的含铝炸药等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程形式；[0025]步骤S4，启动AUIODYN软件，创建一个新的计算模型文件，创建Ikg球形药包在无限水域的爆炸模型，输入炸药的JWL参数。模型采用一维楔形单元，单元尺寸为1mm，共6000个单元。水采用Eulers算法，利用Shock状态方程描述，在距离爆心d为1，2，3，4，5m处设置5个观测点。[0026]步骤S5,将得到的冲击波压力曲线进行分析处理，得到冲击波压力峰值。将冲击波压力峰值与Ikg球形炸药药包在水下的爆炸试验数据进行对比，比较该反应度下求得的计算数值与实验值的误差；[0027]步骤S6,重复步骤S2〜S5,求解铝粉反应度为10%的含铝炸药[黑索今RDXTNTAlLiF蜡质量比为45302185]。按以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，铝粉反应度每次增加10%，一直求解到铝粉反应度为100%的含铝炸药[黑索今RDXTNTA1蜡质量比为4530205]。[0028]通过以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，直至求得的计算结果与实验值一致，即求得该配方下的铝粉的反应度和JWL状态方程参数。[0029]实施例2[0030]步骤Sl，从在线的JANAF热力学数据表中查找LiFcr温度范围OK〜2500K下的熵值，并根据这些数据拟合成熵-温方程。从在线的LASL冲击Hugoniot数据库中查找LiFcr的冲击压缩特性参数，并拟合成Cowan固体状态方程的形式；[0031]步骤S2,将反应度为0的含铝炸药各组分[黑索今RDXTNTLiF蜡质量比为4038175]的分子式、密度、生成焓、爆轰产物及拟合的惰性物质H20、C02、N2、H2、02、C0、NH3、H、NO、OH、CH4、C、LiF的热力学函数参数和固体状态方程参数输入到基于BKW方程的爆轰参数热力学计算程序中，计算该反应度下的含铝炸药的等熵膨胀曲线；[0032]步骤S3，将该反应度下的含铝炸药等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程形式；[0033]步骤S4，启动AUIODYN软件，创建一个新的计算模型文件，创建Ikg球形药包在无限水域的爆炸模型，输入炸药的JWL参数。模型采用一维楔形单元，单元尺寸为1mm，共6000个单元。水采用Eulers算法，利用Shock状态方程描述，在距离爆心d为1，2，3，4，5m处设置5个观测点。[0034]步骤S5,将得到的冲击波压力曲线进行分析处理，得到冲击波压力峰值。将冲击波压力峰值与Ikg球形炸药药包在水下的爆炸试验数据进行对比，比较该反应度下求得的计算数值与实验值的误差；[0035]步骤S6,重复步骤S2〜S5,求解铝粉反应度为10%的含铝炸药[黑索今RDXTNTAlLiF蜡质量比为40381.715.35]。按以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，铝粉反应度每次增加10%，一直求解到铝粉反应度为100%的含铝炸药[黑索今RDXTNTA1蜡质量比为4038175]。[0036]通过以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，直至求得的计算结果与实验值一致，即求得该配方下的铝粉的反应度和JWL状态方程参数。[0037]实施例3[0038]步骤Sl，从在线的JANAF热力学数据表中查找LiFcr温度范围OK〜2500K下的熵值，并根据这些数据拟合成熵-温方程。从在线的LASL冲击Hugoniot数据库中查找LiFcr的冲击压缩特性参数，并拟合成Cowan固体状态方程的形式；[0039]步骤S2,将反应度为0的含铝炸药各组分[黑索今（RDXTNTLiF蜡质量比为60.819173.2]的分子式、密度、生成焓、爆轰产物及拟合的惰性物质〇120、02、他、!12、02、CO、NH3、H、NO、OH、CH4、C、LiF的热力学函数参数和固体状态方程参数输入到基于BKW方程的爆轰参数热力学计算程序中，计算该反应度下的含铝炸药的等熵膨胀曲线；[0040]步骤S3，将该反应度下的含铝炸药等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程形式；[0041]步骤S4，启动AUIODYN软件，创建一个新的计算模型文件，创建Ikg球形药包在无限水域的爆炸模型，输入炸药的JWL参数。模型采用一维楔形单元，单元尺寸为1mm，共6000个单元。水采用Eulers算法，利用Shock状态方程描述，在距离爆心d为1，2，3，4，5m处设置5个观测点。[0042]步骤S5,将得到的冲击波压力曲线进行分析处理，得到冲击波压力峰值。将冲击波压力峰值与Ikg球形炸药药包在水下的爆炸试验数据进行对比，比较该反应度下求得的计算数值与实验值的误差；[0043]步骤S6,重复步骤S2〜S5,求解铝粉反应度为10%的含铝炸药[黑索今RDXTNTAlLiF蜡质量比为60.8191.715.33.2]。按以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，铝粉反应度每次增加10%，一直求解到铝粉反应度为100%的含铝炸药[黑索今RDXTNTA1蜡质量比为60·819173·2]。[0044]通过以上步骤对该配方下不同反应度下的炸药进行计算，直至求得的计算结果与实验值误差不超过10%，即求得该配方下的铝粉的反应度和JWL状态方程参数。[0045]利用实施例1-实施例3计算得到的JWL状态方程模拟含铝炸药水下爆炸的冲击波能，同时列出相同配方采用改进前算法的计算结果，如表1所示。[0046]表1冲击波能计算结果[0048]结果:3种实施例下的计算结果误差分别为2.9%、2.0%、8.1%。比改进前的误差均大幅减小。[0049]结论:基于铝粉反应度计算JWL状态方程参数模拟炸药水下爆炸冲击波能计算值与试验值误差明显降低。含铝炸药水下爆炸数值模拟的精度大幅提升。

权利要求：1.一种基于铝粉反应度的含铝炸药JWL状态方程参数计算方法，其特征在于，利用惰性物质替代部分铝粉设计铝粉不同反应度的含铝炸药，所述计算方法包括以下步骤：步骤S1，选取惰性物质，利用惰性物质代替含铝炸药中的部分铝粉，设计铝粉不同反应度的含铝炸药配方；步骤S2,将不同反应度的含铝炸药配方分子式、密度、生成焓、爆轰产物的热力学函数和固体状态方程参数输入到BKW爆轰参数热力学计算程序中，运用程序计算出铝粉不同反应度含铝炸药的等熵膨胀曲线；步骤S3，将不同的等熵膨胀曲线数据拟合成JWL状态方程参数的形式；步骤S4,利用非线性有限元数值仿真软件AUTODYN构建炸药水下爆炸计算模型，选择材料模型并修改炸药材料的JWL状态方程参数，设置起爆点及求解时间对IOOg〜IOkg各不同反应度的含铝炸药配方进行水下爆炸试验模拟，求解不同时刻、不同位置处的冲击波压力峰值；步骤S5,将获取的一组冲击波压力峰值数据和实验值进行对比分析，选取计算值和实验值一致的确定为该含铝炸药的JWL状态方程参数。2.根据权利要求1所述的JWL状态方程参数计算方法，其特征在于步骤Sl中选用惰性物质替代未反应的铝粉来设计不同反应度的含铝炸药配方。3.根据权利要求1所述的JWL状态方程参数计算方法，其特征在于步骤S2中爆轰产物的热力学函数采用熵-温方程描述，固体状态方程采用Cowan固体状态方程描述。4.根据权利要求2所述的JWL状态方程参数计算方法，其特征在于惰性物质采用LiF来描述。

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