Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №100 (декабрь) 2021
Разделы: Физика, Химия
Размещена 19.12.2021. Последняя правка: 21.12.2021.
Просмотров - 169

РАСЧЕТНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА СМЕСЕЙ ГИДРАЗИНОВОЙ СОЛИ 5-АМИНОТЕТРАЗОЛА С ТЭНОМ НА ПРЕГРАДЫ

Голубев Владимир Константинович

Кандидат физико-математических наук, доцент

Нижний Новгород; Университет Людвига-Максимилиана, Мюнхен

Независимый эксперт; приглашенный ученый

Аннотация:
Проведено расчетное изучение воздействия взрыва смесей гидразиновой соли 5-аминотетразола (ГАТ) с тэном на преграды, представляющие собой пластины и слои из меди. В основу расчетов положены известные экспериментальные результаты по измерению скоростей детонации смесей ГАТ с тэном при массовом содержании тэна 10, 20 и 40%. В предшествующей работе на основании измеренных скоростей детонации определены массовые доли ГАТ, не прореагировавшего в детонационной волне. Это было достигнуто путем замещения этого непрореагировавшего материала инертным балластным материалом, в данном случае диоксидом кремния. Первым делом для всех рассмотренных композиций, содержащих определенные доли этих компонентов (ГАТ, тэн, диоксид кремния), с использованием программы Explo05 были определены детонационные характеристики и уравнения состояния продуктов детонации. Далее, с использованием программы Ansys Autodyn, полученные таким образом результаты используются для последующего расчета взрывного воздействия.


Abstract:
A computational study of the effect of the explosion of mixtures of the hydrazine salt of 5-aminotetrazole (HAT) with PETN on the copper barriers, has been carried out. The calculations are based on the experimental results on measuring the detonation velocities of mixtures of HAT with PETN at a mass content of PETN of 10, 20, and 40%. In the previous work, based on the measured detonation velocities, the mass fractions of HAT that did not react in the detonation wave were determined. This was achieved by replacing this unreacted material with an inert ballast material, in this case silicon dioxide. First of all, detonation characteristics and equations of state of detonation products were determined using the Explo05 program for all the considered compositions containing certain fractions of these components (HAT, PETN, silicon dioxide). Further, using the Ansys Autodyn program, the results obtained in this way were used for the subsequent calculation of the explosion effect.


Ключевые слова:
гидразиновая соль 5-аминортетразола; ГАТ; тэн; смесь; детонационные характеристики; воздействие взрыва; медная преграда; балластный материал

Keywords:
hydrazine salt of 5-aminotetrazole; HAT; PETN; mixture; detonation characteristics; explosion impact; copper barrier; ballast material


УДК 544.454.3+662.215.2

Введение

Работа является продолжением расчетного изучения детонации смесей гидразиновой соли 5-аминотетразола (гидразиний 5-аминотетразолат или сокращенно ГАТ) с тэном [1, 2]. Это изучение основано на полученных и приведенных в работах [3, 4] экспериментальных и аналитических результатах. Так, в работе [1] определялись условные эффективные значения энтальпии образования ГАТ, соответствующие экспериментальным результатам [4] по измерению скорости детонации его смесей с тэном. На основании полученных результатов можно было судить о неполной степени разложения ГАТ в процессе детонации смесей с тэном. В следующей работе [2] на основании тех же экспериментальных результатов были определены массовые доли ГАТ, не прореагировавшего в детонационной волне, распространяющейся по его смеси с тэном. В расчетах не прореагировавшая в процессе детонации доля ГАТ заменялась инертным балластным материалом, диоксидом кремния. В данной работе поставлена задача определить параметры взрывного воздействия подобных смесей с неполным разложением одного из компонентов на металлические преграды различной толщины.  

Результаты расчетов

Расчеты выполнены для смесей ГАТ с тэном плотностью 80 г/см3. Для этой плотности смеси в работе [4] было выполнено 3 опыта для значений массового содержания тэна ωp = 0.1, 0.2 и 0.4. Зависимость экспериментальной скорости детонации D от массового содержания тэна аппроксимирована в работе [2] двухпараметрической логарифмической зависимостью и дополнена парой расчетных точек для ωp = 0.3 и 0.5, как показано на рис. 1.

 

Рис. 1. Аппроксимация трех экспериментальных точек (ромбы) по скорости детонации в смеси ГАТ с тэном плотностью 0.80 г/см3 логарифмической зависимостью и добавление двух дополнительных точек для массового содержания тэна 0.3 и 0.5 (квадраты).

Для условий, соответствующих приведенных на рис. 1 точкам, определяются массовые содержания непрореагировавшего материала ГАТ, который заменяется в расчете инертным балластным материалом, диоксидом кремния. Детонационные характеристики смесей, в точности соответствующие приведенным на рис. 1 результатам, определяются в результате расчета, выполненного с использованием термохимической программы Explo05 [5]. Свойства веществ, необходимые для использования в термохимических расчетах, приведены в табл. 1, где указаны их формулы, плотности и энтальпии образования.

Табл. 1. Свойства веществ, используемые в термохимических расчетах

 

Определенные таким образом детонационные характеристики смесей с учетом присутствующего балласта приведены в табл. 2, где ωp – массовое содержание ГАТ, P– давление детонации, T – температура детонации, k  показатель адиабаты продуктов детонации в точке Жуге, Q – теплота взрыва, Vg – объем газообразных ПД.

Табл. 2. Детонационные характеристики рассматриваемых смесей ГАТ с тэном плотностью ρ0 = 0.80 г/см3

 

Для этих же смесей определены коэффициенты уравнения состояния продуктов детонации в форме Джонса-Уилкинса-Ли (JWL). В табл. 3 они представлены в том виде, в котором они определяются в программе Explo5. В этой же таблице приводятся также детонационные характеристики, которые используются в применяемой для расчетов взрывного воздействия программе Ansys Autodyn [6] для доопределения этого уравнения состояния.

Табл. 3. Коэффициенты уравнения состояния продуктов детонации JWL для рассматриваемых смесей ГАТ с тэном плотностью ρ0 = 0.80

 

Одномерные расчеты воздействия взрыва зарядов указанных смесей ГАТ с тэном, а также для сравнения и просто тэна той же плотности 80 г/см3, на медные пластины толщиной 1 мм и медные слои толщиной 50 мм проводились с использованием программы Ansys Autodyn. Нагружающие заряды имели толщину 50 мм. Постановка расчетов и получение расчетных результатов были подобны таковым, описанным в работе [7] по расчетному изучению воздействия взрывчатых составов на основе энергетического материала TKX-50 на такие же преграды из меди.

Для длины счетной ячейки и в заряде, и в преградах выбиралось значение 0.2 мм. Таким образом, и в заряде, и в медном слое содержалось по 250 счетных ячеек, а в медной пластине содержалось всего 5 ячеек. Датчики съема расчетной информации устанавливались в заряде взрывчатого вещества толщиной 50 мм на координатах 10, 20, 30 и 40 мм, а в медном слое толщиной 50 мм на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм. В медной пластине толщиной 1 мм датчик устанавливался примерно на половине ее толщины. Детонация возбуждалась в начальный нулевой момент на свободной поверхности заряда.

Набор скорости медными пластинами и их смещение при нагружении взрывом указанных зарядов до времени регистрации 0.12 мс или 120 мкс показаны на рис. 2-7. Сопоставление всех полученных результатов по набору скорости сделано на рис. 8, а по смещению – на рис. 9. В табл. 4 приведены значения скорости и смещения пластин на момент времени 0.12 мс, то есть на момент окончания счета.

  

Рис. 2. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.1.

 

Рис. 3. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.2.

  

Рис. 4. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.3.

  

Рис. 5. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.4.

  

Рис. 6. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.5.

  

Рис. 7. Набор скорости медной пластины (слева) и ее смещение (справа) при нагружении взрывом заряда тэна плотностью ρ0 = 0.80 г/см3.

 

Рис. 8. Набор скорости медными пластинами при их нагружении взрывом зарядов смеси ГАТ+тэн при массовом содержании тэна 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 и 1.0 (снизу вверх).

 

Рис. 9. Смещение медных пластин при их нагружении взрывом зарядов смеси ГАТ+тэн при массовом содержании тэна 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 и 1.0 (снизу вверх).

Табл. 4. Значения скорости и смещения медных пластин на момент времени 0.12 мс

 

Результаты по воздействию взрыва всех указанных зарядов на медный слой толщиной 50 мм показаны на рис. 10-15. Расчетный временной интервал здесь выбирался из условий получения информации о характере прохождения возбуждаемой взрывом ударной волны через всю толщину образца. Для этого было достаточно времени расчета в пределах 0.3 мс или 30 мкс. Сопоставление результатов полученных для двух крайних случаев содержания тэна в смеси сделано на рис. 16.

 

Рис. 10. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.1.

 

Рис. 11. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.2.

 

Рис. 12. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.3. 

 

Рис. 13. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.4. 

 

Рис. 14. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда смеси ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.5. 

 

Рис. 15. Диаграммы ударных волн в медной преграде на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при ее нагружении взрывом заряда тэна плотностью ρ0 = 0.80 г/см3.

 

Рис. 16. Диаграммы ударных волн в медных преградах на координатах 0, 10, 20, 30 и 40 мм (слева направо) при их нагружении взрывом зарядов смесей ГАТ с тэном при его массовом содержании 0.5 (сплошные линии) и 0.1 (штриховые линии).

Заключение

В работе [2] на примере смеси ГАТ с тэном предложен метод определения по экспериментально определенной скорости детонации массовой доли непрореагировавшего материала, что позволяет в последующем определить детонационные характеристики подобной композиции. В данной работе показаны возможности расчетного определения воздействия взрыва этой композиции на различные преграды, в качестве которых в данном случае выбраны преграды из меди в виде тонкой пластины и толстого слоя. В результате проведенного расчетного изучения получены количественные результаты, достаточно объективно характеризующие влияние массовой доли тэна в его смеси с гидразиновой солью 5-аминотетразола, на детонационные характеристики смеси, уравнения состояния ее продуктов детонации и такие важные элементы взрывного воздействия, как разгон тонких металлических пластин, а также возбуждение и прохождение в толстых металлических слоях ударных волн.

Библиографический список:

1. Голубев В.К. О скорости детонации смесей гидразиновой соли 5-аминотетразола с тэном [Электронный ресурс] // Sci-article.ru. – 2021. URL: http://sci-article.ru/stat.php?i=1628885048 (дата обращения: 14.08.2021).
2. Голубев В.К. Расчетное изучение детонации смесей гидразиновой соли 5-аминотетразола с тзном [Электронный ресурс] // Sci-article.ru. – 2021. URL: http://sci-article.ru/stat.php?i=1636070693 (дата обращения: 06.11.2021).
3. Astachov A.M., Antishin D.V., Tamashkov V.O. On the calculated detonation parameters of some oxygen-free explosives // Proc. XXI Int. Seminar "New Trends in Research of Energetic Materials". – Pardubice, Czech Republic, 2019. – P. 291-299.
4. Astachov A.M., Tamashkov V.O., Antishin D.V. Studies of the detonation ability of the hydrazine salt of 5-aminotetrazole // Proc. XXII Int. Seminar "New Trends in Research of Energetic Materials". – Pardubice, Czech Republic, 2020. – P. 288-295.
5. Sućeska M. Explo05. Version 6.06 User's Guide. – Zagreb, Croatia, 2021. – 197 p.
6. Ansys Autodyn User's Manual. Release 15.0. – Canonsburg, PA: ANSYS, Inc., 2013. – 492 p.
7. Голубев В.К. Расчетное изучение воздействия взрыва зарядов трех взрывчатых составов на основе энергетического материала TKX-50 с энергетическими связующими на преграды из меди [Электронный ресурс] // Sci-article.ru. – 2021. URL: http://sci-article.ru/stat.php?i=1636753106 (дата обращения: 15.11.2021).




Рецензии:

20.12.2021, 21:54 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Статья обладает всеми признаками достаточности и необходимости для положительной рецензии и рекомендации её к печати. Вместе с тем рецензент хотел бы представить цикл статей В.К. Голубева в данном журнале как эталон подготовки и оформления от названия до бибилиогафического списка.

21.12.2021 10:10 Ответ на рецензию автора Голубев Владимир Константинович:
Благодарю уважаемого рецензента, Мирмовича Эдуарда Григорьевича, за интерес к работе и положительный отзыв. Слетел один рисунок, сейчас буду исправлять. Это связано с определенными сбоями во взаимодействии с хостингом изображений.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх