具有爆炸反应特性装置在密闭容器内爆炸威力的评价方法
第31卷第3期2011年5月
1455（2011）03-0306-05文章编号：1001-
爆炸与冲击
EXPLOSIONANDSHOCKWAVES
Vol．31，No．3
May，2011
具有爆炸反应特性装置在密闭容器内
爆炸威力的评价方法
*
1122222
高洪泉，卢芳云，王少龙，颜澎，罗永锋，袁伟，胡建
（1．国防科技大学理学院技术物理研究所，湖南长沙410073；
2．第二炮兵装备研究院，北京100085）
摘要：在装填有抛撒药和氟化物的装置中，当中心抛撒药起爆，将氟化物抛出装置时，氟化物会与密闭容释放大量能量。为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力，基于超压-冲量准器内液体发生剧烈反应，
则，在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验，并计算得到该装置的TNT当量值。结果表明：该方法简单有效，可作为该装置在密闭贮液容器内爆炸毁伤威力评价的方法和依据。
关键词：爆炸力学；威力评价；超压-冲量准则；密闭容器中图分类号：O389
国标学科代码：130·35
文献标志码：A
［1-6］
在FAE实验装置的基础上，设计了装填氟化物的装置，该装置在密闭贮液容器内起爆后，将氟
［1］
化物高速抛出，与容器内液体混合，发生剧烈反应，释放出大量能量。由于该装置释放的能量易受抛
撒方式及炸深等多种因素的影响，从而给评价它在密闭贮液容器内的爆炸威力带来了一定困难。因此，为该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力建立一种科学、简单、有效的评价方法具有重要意义。
［3-4］
结合FAE爆炸场特性，提出了开阔空间FAE武器的威力评价方法；王芳等基于靶
［7］
板毁伤效应和超压-冲量准则进行了开阔空间FAE实验装置毁伤威力评价实验；杨科之等和庞伟宾
熊祖钊等
［2］
等
也对密闭空间内爆炸进行了研究。本文中，以FAE装置威力评价方法为基础，以目标的毁伤效应
［6］
作为衡量装置威力的尺度，建立以冲击波超压-冲量准则为基础、以TNT当量为标准、在密闭贮液容
［8］
分别就TNT装药与装置在密闭贮液容器内的爆炸威力进行实器内爆炸的威力评价方法。利用该方法，验研究，得到装置的TNT威力当量值。此方法可以为评价该装置的毁伤威力、提高其研制水平提供一定依据。
1实验方法
为考核装填有抛撒药和氟化物的装置在密闭贮液容器内的爆炸效果，对实验装置和裸炸药分别进
1．2m条件下的爆炸实验。模拟密闭贮液容器外形如图1、2所示，行不同炸深D=0．7、实验中，
装置中
图1小型密闭容器
Fig．1Small-scaleconfined
container
图2加顶盖后的小型密闭容器
Fig．2Small-scaleconfinedcontainerwiththetopcover
*
03-17；修回日期：2010-08-17收稿日期：2010-作者简介：高洪泉（1981—），男，博士研究生。
第3期高洪泉等：具有爆炸反应特性装置在密闭容器内爆炸威力的评价方法307
心装填400gTNT抛撒药，同时装填氟化物2kg。容器采用在地下开挖、上部砌砖混围圈、顶面加装钢制顶板的方法制成，密闭容器直径1．3m，顶盖直径2m。通过预留孔将实验装置放置于钢板下预定深度引爆，利用高速摄像仪观测、记录爆炸的全过程，摄
－1
在密闭容器内用标杆对高速录像进行标定，如图3所示
。像机帧数为20000s，
/m
第1发第2发第3发
0．71．20．7
实验装置实验装置400gTNT
83．351．117．3
＞43．051．513．0
顶盖所获得的能量主要由装置中心抛撒药、氟化物与液体快速反应所释放的能量共同决定。其中顶盖所获得的最大速度与装置反应放能所产生的超压和冲量存在如下关系
p（t）dtds=I=mv
件下释放的能量。2．2威力评价
max
（1）
I为顶盖的冲量，m为顶盖的质量。通过高速录像判读顶盖的初始速度，式中：p为顶盖所受超压，依据
冲量准则，可以对装置在爆炸后释放的能量进行计算，进而得到氟化物在密闭贮液容器内、无氧条超压-
首先就等效的不同质量TNT炸药爆炸对顶盖的驱动进行模拟，拟合出顶盖的最大速度与药量之间
DYNA动力学软件，的关系，然后结合实验结果反推出装置爆炸所释放的总能量。采用LS-根据实验建立有限元模型，按照不同TNT药量，采用流固耦合算法对密闭贮液容器内的爆炸进行计算。根据对称
性建立四分之一模型，如图4所示。
炸药爆炸产物的膨胀采用JWL状态方程来描述
wE
p=A1－we－R1v+B1－we－R2v+
vR1vR2v
()()
（2）
B、R1、R2和w为输入参数；v为爆轰产物的相对比容；E为爆轰产物的比内能。式中：A、
TNT装药密度1．64g/cm3，B=0．02747，R1=爆速6．94km/s，爆压21．0GPa，相关参数A=3．738，
3R2=0．9；钢板选用Q235钢，4．15，材料的密度为7．8t/m，杨氏模量为207GPa，泊松比为0．3，屈服强度为235MPa
。
图4数值模拟模型Fig．4Numericalsimulationmodel
2．2．1威力评价方法的误差
为准确得到该计算模型的误差，就第3发实验建立模拟模型，进行2种裸药量W条件下的有限元计算，计算时间为5．6ms，计算结果为：当W=0．405kg时，顶盖动能Ek=23．2kJ，最大速度vmax=16.9m/s；当W=0．440kg时，顶盖动能Ek=26．2kJ，最大速度vmax=17．9m/s。
通过插值计算，得到药量为0．420kg时，顶盖的最大抛射速度为实验阶段所测到的17．3m/s，说明该威力评估方法实验误差在5%以内。2．2．2
实验装置威力的确定
，对
器进5、，所为和时，的
图6顶板变形的模拟图与实验图对比
Fig．6Comparisonofthetopcoverdeformationbetweentheexperimentstateandnumeric
state
3
炸合据爆误容
310爆炸与冲击第31卷
［7］杨科之，J］．爆炸与冲击，2003，23（1）：37-40．杨秀敏．坑道内化爆冲击波的传播规律［
YANGKe-zhi，YANGXiu-min．Shockwavespropagationinsidetunnels［J］．ExplosionandShockWaves，2003，23（1）：37-40．
［8］庞伟宾，J］．爆炸与冲击，2003，23（6）：573-576．何翔，李茂生，等．空气冲击波在坑道内走时规律的实验研究［
sheng，etal．Theformulaforairblasttimeofarrivalintunnel［J］．ExplosionandPANGWei-bin，HEXiang，LIMao-ShockWaves，2003，23（6）：573-576．
Adamage-powerevaluationmethodoftheexplosive-involveddevice
inaconfinedcontainerstoringliquid*
GAOHong-quan1，LUFang-yun1，WANGShao-long2，YANPeng2，
LUOYong-feng2，YUANWei2，HUJian2
（1．InstituteofTechnicalPhysics，CollegeofScience，NationalUniversityof
DefenseTechnology，Changsha410073，Hunan，China；2．TheSecondArtilleryEquipmentAcademe，Beijing100085，China）
Abstract：Basedonthefactthatinanexperimentaldevicefilledwithexplosiveandfluoride，theexplosionofthecentralexplosivecoulddispersethefluorideoutofthedevice，thenthefluoridewouldintenselyreactwiththeliquidintheconfinedcontainerandreleaseplentifulenergy，threeexperimentswithdifferentexplosiondepthswerecarriedoutinsmall-scaleconfinedcontainerstoevaluatethedamagepowerofthisdeviceaccord-ingtotheoverpressure-impulsecriterion．AndtheTNTequivalentmassofthisdevicewascalculated．Theex-perimentwiththeexplosiondepthof1．2mwasnumericallysimulatedbyusingtheexperimentaldata．Themaximumdispersalvelocityofthetopcoverobtainedbysimulationisclosetotheexperimentalresult．Itdis-playsthatthegivenevaluationmethodisfeasible．
Keywords：mechanicsofexplosion；evaluationofdamagepower；over-pressure＆impulsecriteria；confinedspace
*
Received17March2010；Revised17August2010
quan，gaohonggang20037@sina．comCorrespondingauthor：GAOHong-（责任编辑
曾月蓉）