破片撞击起爆屏蔽B炸药的数值模拟和实
验
第29卷第1期
2006年2月
火炸药
ChineJournalofExplosives&Propellants5
破片撞击起爆屏蔽B炸药的数值模拟和实验
梁争峰，袁宝慧
(西安近代化学研究所，陕西西安710065)
摘要：用工程理论计算，数值模拟和实验验证方法研究了小破片和杆破片撞击起爆屏蔽(屏蔽板为6mm厚钢板)
B炸药的速度阈值.结果表明.对于小破片,3种方法计算出的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值基本接近；而对于杆破
片，计算出的撞击起爆速度阈值偏小，数值模拟和实验得出的速度阈值基本接近.这说明所引用的屏蔽B炸药破片
撞击起爆速度阈值工程理论计算公式只适用于小质量规则破片，而由于计算公式中缺少体现打击面积的参数，因
而并不适于计算杆破片的屏蔽B炸药撞击起爆速度阈值.由实验方法得出，用4.65g4，破片撞击起爆6mill钢板屏
蔽B炸药的速度阈值约为2522m/s，用质量为8.78g，直径为5mm的杆破片撞击起爆6mm钢板屏蔽B炸药的速度
阈值约为2161m/s.
关键词：爆炸力学；撞击起爆;B炸药；数值模拟
中圈分类号:Tj55;TD235.11文献标识码:A文章编号:1007—7812(2006)010005—05
NumericalSimulationandExperimentalStudyoftheInitiation ofShieldedCompositionBImpactedbyFragment
LIANGZheng—feng,YUANBaohui (XianModernChemistryRearchInstitute.xian710065,China)
Abstract:Thecriticaldetonatingvelocityof6wiresteelshieldedcompositionBimpactingby smallfragmentand polefragmentisrearchedbymeansofacademicengineeringcalculating(method1).numer icalsimulating
(method2)andexperimentvalidating(method3).Theresultsshowthatthecriticalvelocities ofshielded compositionBimpactingbysmallfragmentgainedbythreemethodsareapproximatelyequi valent.Butforpole
fragment,thecriticalvelocitygainedbymethod1islessthanthatgainedbymethod2and3andt hecritical
velocitiesgainedbymethods2and3areapproximatelyequivalent,showingthattheacademi cengineering
calculatingformulaisn'tapplicableforpolefragmentasaresultoflackingimpactingareapara meter.Theresults
obtainedbymethod3showthatasmallfragmentwithmassof4.65g,velocityof2522m/scand etonate
compotitionBwith6mmarmorcoveredplate,andapolefragmentwithmassof8.78g,d iamete rof5mmand
velocityof2161m/scandetonatecompositionBchargewith6mmarmorcoveredplate. Keywords:explosionmechanics;initiationbyfragmentimpacting;compositionB;numeric alsimulation
引言
由于目前各国的导弹战斗部装药都采用钝感炸
药，且不断向低易损性方向发展.因此，为了进行反
导弹战斗部技术研究，科研人员都将破片对各种钝
感炸药的撞击起爆闽值作为重点研究对象.
董小瑞n等人对破片撞击屏蔽炸药(B炸药)的
撞击起爆问题进行了理论和实验研究，并给出了屏
蔽B炸药的临界起爆能量和临界起爆压力.王树
山口]等人分别对93钨和钨锆合金破片撞击屏蔽B炸
药进行了研究，分析了两种破片撞击作用下炸药起
爆机理及起爆临界值.EricN.Ferm_3等人研究了球
形破片对PBX9404和B一3炸药的撞击起爆临界值,
得到了球形破片起爆这两种炸药的临界直径和临界
速度的曲线图.黄静l_4等对钨合金破片撞击起爆复
合靶后装药进行了实验研究，发现复合靶板对战斗
部的防护非常有效.洪建华[15等人针对破片战斗部
的杀伤破片击穿屏蔽板和引爆炸药的机制，介绍了一
种具有实用价值的分析计算法.ManfredHeldL6也对
收稿日期:2005—03—03；修回日期:2005—08—25
作者简介：梁争峰(1972)，男，博士研究生.从事爆炸力学研究和战斗部研制.
6火炸药第29卷第1期
破片撞击起爆屏蔽B炸药的阈值进行研究.卫玉
章]等人进行了钢射弹引爆带厚盖板B炸药的实
验，并通过观测炸药中的爆轰波阵面波形得出了射
弹撞击带盖炸药引发爆轰的机制.温殿英_8]研究了
柱形弹丸撞击PBX一9404炸药，太安橡皮炸药，黑索
今橡皮炸药和B炸药的引爆情况，并着重研究了
PBX一94Q4炸药的引爆阈值.
本研究利用工程计算，数值模拟和实验验证方
法分别对小破片和杆破片撞击起爆屏蔽B炸药进行
了研究.
1工程计算
RichardM.Lloyd凹经过大量实验研究，得出
破片撞击起爆屏蔽钝感炸药临界速度的计算公式:
广1]土
,}Kfexp(5.377t/亏),}一
}i3t/m}f百(十3.if
式中:Kf为炸药敏感系数，当(TNT):(RDX)一
40:6O时,Kf一4148000;t为屏蔽板厚度,in(1in一25.4ram);V为临界速度,m/s；为破片质量,g.
小破片和杆破片质量分别为4.65g和8.78g，屏
蔽B炸药屏蔽板厚度为6mitt.通过单位换算和计算可得，用质量为4.65g的破片撞击起爆6mitt钢板屏蔽B炸药的速度阈值为2320.61m，用8.78g破片
撞击起爆6inIn钢板屏蔽B炸药的速度闽值为1597.041TI/s
2数值模拟研究
2.1小破片撞击起爆屏蔽B炸药数值模拟
2.1.1计算模型
通过计算得到破片侵彻屏蔽板后的剩余打击动
能，然后根据文献资料上裸炸药在破片打击条件下的起爆阈值(动能)来判断破片对屏蔽钝感炸药的撞击起爆能力.
数值模拟中采用的物理模型为：破片直径为
10.42mm，质量为4.65g；屏蔽炸药的屏蔽板厚度为
6mrfl，受破片打击面为正方形，边长为4OInlTl.计算中破片和屏蔽炸药屏蔽板都采用MAT—PLASTIC—KINEMATIC材料模型，具体性能参数如下：密度
为7850kg/m.；弹性模量为2.1×10"Pa；泊松比为
0.29；屈服应力为5×10Pa；塑性切线硬化模量1.26 ×10.Pa
破片计算模型采用四面体自由网格划分方法进
行网格划分，屏蔽炸药屏蔽板计算模型采用六面体
映射网格划分方法进行网格划分.整个计算模型划
分为l09384个计算单元，其中破片34384个计算单
元，屏蔽板75000个计算单元.数值模拟时破片的速
度采用2820m/s，破片和屏蔽板间采用面面侵蚀接
触条件.计算模型如图1所示.
●
图1破片侵彻屏蔽炸药屏蔽板计算模型
Fig.1Numerationmodeloffragmentimpacting"shield
2.1.2计算结果
通过数值模拟计算，发现破片穿透屏蔽板后由
于侵蚀作用自身形状发生严重变形(如图2所示),
将其近似为直径9mm的圆钢珠；破片的剩余打击动
能为7.84g?miTt./tts，如图3所示.
图2破片穿透屏蔽板后的变形示意图
Fig.2Thedistortionoffragmentafterperforatingshield
图3破片侵彻屏蔽板过程中的能量变化曲线
Fig.3Thekineticenergycurveoffragment
EricN.Ferm通过实验得出,B炸药在直径
9mitt破片冲击下起爆闽值(动能)为7.42g?mm/tts
因此，该数值模拟中的破片穿透屏蔽板后仍然可以
引爆B炸药.由此可见，质量为4.65g的破片，当其速
第29卷第1期梁争峰，袁宝慧：破片撞击起爆屏蔽B炸药的数值模拟和实验7 度大于2820m/s时，可以撞击起爆6mm钢板屏蔽B
炸药.
2.2杆冲击起爆屏蔽B炸药的数值模拟
2.2,1计算模型
数值模拟中采用的物理模型为：杆直径为
5miD.，长度为57mm，质量为8.78g；屏蔽炸药的屏
