本文關(guān)鍵詞：炸藥爆轟產(chǎn)物參數(shù)的特征線差分反演方法研究

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【摘要】：炸藥爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程是描述爆轟產(chǎn)物壓力、密度和溫度(內(nèi)能)之間關(guān)系的方程,該方程與基本控制方程聯(lián)立構(gòu)成求解流體問題的閉合方程組。炸藥爆轟后,生成的爆轟產(chǎn)物發(fā)生等熵膨脹,爆轟產(chǎn)物參數(shù)用等熵卸載關(guān)系描述,該等熵卸載關(guān)系是由狀態(tài)方程和熱力學(xué)等熵方程導(dǎo)出的。因此,對爆轟產(chǎn)物參數(shù)(爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程及方程系數(shù))的研究是非常重要的。確定爆轟產(chǎn)物狀態(tài)方程系數(shù)的方法有很多,但大多數(shù)適用于測量理想炸藥,例如用標(biāo)準(zhǔn)圓筒試驗確定JWL狀態(tài)方程系數(shù)；對于非理想炸藥,由于炸藥爆轟參數(shù)受藥徑尺寸、添加物和炸藥顆粒度等諸多因素影響,爆轟參數(shù)會發(fā)生改變,因此常用的確定狀態(tài)方程系數(shù)的方法是不適用的。本文提出一種基于改進特征線法的炸藥爆轟產(chǎn)物物理參數(shù)的反演方法,該方法包含了實驗測量和數(shù)值反演兩部分內(nèi)容,可以對炸藥爆轟產(chǎn)物在等熵膨脹過程中的壓力、密度和聲速等物理參數(shù)之間的關(guān)系進行求解。本文的具體工作如下：(1)提出一種改進連續(xù)電阻探針,并利用該探針對爆轟波和水中沖擊波進行了聯(lián)合測量。首先對測量爆速的商用連續(xù)電阻探針在工作時容易出現(xiàn)的雜波干擾問題進行分析,并有針對性地對探針進行改進,改進后的連續(xù)電阻探針在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理上均發(fā)生了變化,它不僅可以依賴爆轟波上的電離層導(dǎo)通工作,還可以在外界壓力作用下導(dǎo)通工作,因此改進連續(xù)電阻探針即可以測量爆轟波還可以測量介質(zhì)中的沖擊波。應(yīng)用改進連續(xù)電阻探針對爆轟波和水中沖擊波進行聯(lián)合測量,改進連續(xù)電阻探針具有較強的抗雜波干擾能力。本文還提出了利用改進連續(xù)電阻探針測量水中斜沖擊波計算炸藥爆壓的方法。(2)提出了改進特征線方法,并將該方法用于球形裝藥一維水下爆炸問題的求解。改進特征線法在相容方程中引入了沿質(zhì)點跡線的熵變項,因此該方法可以處理非均熵問題,并特別適用于處理沿質(zhì)點跡線的等熵問題,例如水下爆炸問題。使用改進特征線法求解沖擊間斷問題只要將特征線方程與雨果尼奧沖擊關(guān)系聯(lián)立,而不需要引入人工粘性項,因此沖擊波的求解結(jié)果更客觀符合物理實質(zhì)。本文使用改進特征線方法對球形裝藥一維水下爆炸問題進行數(shù)值求解,計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相符,比較結(jié)果驗證了改進特征線法的可靠性和準(zhǔn)確性。此外本文還對各種表達(dá)形式不同的水狀態(tài)方程進行了分析和比較,篩選出了適用于計算水下爆炸問題的水狀態(tài)方程及方程系數(shù),并根據(jù)狀態(tài)方程中γ項對聲速的影響,推導(dǎo)了一個判定水狀態(tài)方程系數(shù)選取范圍的關(guān)系式(3)提出炸藥爆轟產(chǎn)物物理參數(shù)的特征線差分反演方法。該反演方法是建立在球形裝藥一維水下爆炸模型上的,綜合采用改進特征線方法,自相似理論解和參數(shù)優(yōu)化方法,將水中沖擊波參數(shù)作為已知條件,反演爆轟產(chǎn)物的壓力、密度和聲速之間的變化關(guān)系。爆轟產(chǎn)物參數(shù)的反演過程分成兩個部分：第一部分是利用改進特征線法和逆序差分格式,將水中沖擊波參數(shù)作為已知條件,逆序求解水氣界面時空位置及界面參數(shù)的變化；第二部分是對爆轟產(chǎn)物內(nèi)部求解,將第一部分水氣界面的時空位置和界面壓力等逆序求解結(jié)果作為已知條件,綜合改進特征線方法、自相似理論解和參數(shù)優(yōu)化方法,反演爆轟產(chǎn)物等熵膨脹過程中的壓力、密度和聲速之間的變化關(guān)系。應(yīng)用該反演方法對多種炸藥的爆轟產(chǎn)物物理參數(shù)進行反演求解,反演的爆轟產(chǎn)物壓力、密度和聲速在中高壓力區(qū)域具有較好的精度,反演結(jié)果證明本文提出的爆轟產(chǎn)物參數(shù)反演方法是可行性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O38
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本文編號：1258125