[发明专利]一种多孔材料壳体爆炸初速获取方法

权利要求书

1.一种多孔材料壳体爆炸初速获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，建立基于Gurney公式的致密材料壳体爆炸初速计算公式；

步骤二，根据炸药与多孔材料壳体的阻抗匹配，得到爆炸冲击后多孔材料的初始压力和初始比容；

步骤三，根据初始压力和初始比容的到爆炸冲击过程中多孔材料比相应致密材料多消耗的热内能；

步骤四，获取爆炸冲击过程中多孔材料壳体的塑性传播区长度，根据多孔材料壳体的塑性传播区长度得到对应的壳体质量；

步骤五，爆炸驱动过程产生的热内能全部消耗在多孔材料壳体的塑性传播区内，将该区域消耗的能量转化为单位质量炸药的多余消耗能量；对步骤一中的炸药Gurney速度进行修正，根据修正后的基于Gurney公式的多孔材料壳体爆炸初速计算公式，得到多孔材料壳体爆炸初速；

所述的基于Gurney公式的致密材料壳体爆炸初速计算采用如下公式：

由Cooper公式得到

其中：V_G为壳体破片初速，m/s；为炸药的Gurney速度；M为壳体质量；C为炸药质量；n为壳体-装药结构形状系数；D为炸药爆速；

根据多孔材料壳体与炸药的阻抗匹配，得到冲击后多孔材料壳体的初始压力和初始比容，包括炸药冲击阻抗大于多孔材料壳体冲击阻抗和炸药冲击阻抗小于多孔材料壳体冲击阻抗两种情况；

炸药冲击阻抗大于多孔材料壳体冲击阻抗时，反射波为稀疏波：

根据炸药C-J爆轰参数及爆轰产物等熵膨胀方程，得到分界面爆轰产物的质点速度u_x

炸药C-J压力P_H

式中：γ为炸药的多方指数；P_x为冲击后分界面爆轰产物的压力；ρ_c0为炸药初始密度；冲击后分界面多孔材料壳体的质点速度u_mx

式中：P_mx为冲击后分界面处多孔材料壳体的压力；v_m0为多孔材料壳体初始比容；v_mx为冲击后多孔材料壳体的比容；

多孔材料的高压冲击Hugonoit方程，按McQueen流体模型

多孔材料相应的致密材料中冲击波速u_s与质点速度u_p关系为:

u_s＝c₀+Su_p

P_mx0，则v_mx应满足:

式中：v₀为致密材料的初始比容；c₀为致密材料的声速；u_s为致密材料的冲击波速；Γ₀为致密材料的常态系数；S为致密材料中冲击波速u_s与质点速度u_p的经验系数；

分界面处质点速度相等和压力相等：

多孔材料壳体在炸药爆炸冲击作用下的冲击初始参数匹配过程如下：

a)首先假设一个v′_mx，得到P_mx；

b)根据P_mx，v′_mx得到u_mx；

c)根据P_mx得到u_x；

d)判断u_mx和u_x是否相等，若不相等，则调整v′_mx，重复上述步骤，直到u_mx和u_x的差值小于设定值；

炸药冲击阻抗小于多孔材料壳体冲击阻抗时，反射波为冲击波：

首先，根据炸药C-J爆轰参数及爆轰产物等熵膨胀方程，得到分界面爆轰产物的质点速度u_x：

炸药C-J压力P_H：

冲击后分界面多孔材料壳体的质点速度u_mx：

则

多孔材料的高压冲击Hugonoit方程，按McQueen流体模型：

因P_mx0，则v_mx应满足以下不等式:

分界面处质点速度相等和压力相等:

多孔材料壳体在炸药爆炸冲击作用下的冲击初始参数匹配过程如下：

a)首先假设一个v′_mx，得到P_mx；

b)根据P_mx，v′_mx得到u_mx；

c)根据P_mx得到u_x；

d)判断u_mx和u_x是否相等，若不相等，则调整v′_mx，重复上述步骤，直到u_mx和u_x的差值小于设定值；

所述的冲击过程中消耗热内能的多孔材料壳体质量获取包括如下过程:

塑性区长度

设爆轰产物多方膨胀的临界压力时，冲击压力卸载为零，此时，爆炸产物由R₀膨胀至R,设爆轰产物在此范围内以爆速匀速膨胀，花费的时间为T₀:

式中：R₀为炸药初始半径；R为爆炸产物膨胀到临界压力时的半径；

设

塑性冲击波速C₁，弹性冲击波速C₀

则塑性变形传播区长度l为

消耗热内能的壳体质量

设多孔材料壳体的热内能全部消耗在塑性变形区域，此区域的壳体质量为ΔM

则壳体-装药结构为球形时ΔM为：

壳体-装药结构为对圆柱形时ΔM

式中：L_M为圆柱壳体长度；ρ_M为多孔材料壳体初始密度；

所述的基于Gurney公式的多孔材料壳体爆炸初速模型，爆炸冲击过程中多孔材料比相应致密材料多消耗的热内能为如下所示：

设爆炸冲击过程中，单位质量多孔材料的内能为E_P，相应单位质量致密材料的内能为E_s，两者的差值为ΔE：

ΔE＝E_P-E_s

则多孔材料壳体多消耗的热内能为ΔM.ΔE，并且假设该多余内能全部转化为热能消耗了；基于Gurney公式的多孔材料壳体爆炸初速模型；

根据Gurney速度公式可知，由多孔材料的可压缩性产生了热内能消耗，将炸药Gurney能中热内能消耗去除，将炸药Gurney修正为：

得到多孔材料壳体爆炸初速V_{G_porous}为：

式中：E为炸药Gurney能；E_cp为修正的炸药Gurney能；C为炸药质量。