Статья опубликована в №100 (декабрь) 2021
Разделы: Физика, Химия
Размещена 19.12.2021. Последняя правка: 02.10.2023.
Просмотров - 438

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

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 ω_p = 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 ω_p = 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 ω_p – массовое содержание ГАТ, P– давление детонации, T – температура детонации, k  показатель адиабаты продуктов детонации в точке Жуге, Q – теплота взрыва, V_g – 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.

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.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий