缓慢加热条件下壳装PBX炸药响应特性研究_聂建新.pdf

文章编号:1009-6094(2023)04-1085-08缓慢加热条件下壳装 PBX炸药响应特性研究*聂建新，李欣，郭学永，张海军，闫石，张韬(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081)摘要:为了研究弹药在热刺激作用下的响应规律，进行了壳装 PBX 炸药慢速烤燃试验，获得了1 K/min 升温速率下壳体内部的压力 时间曲线，壳体内部压力变化过程表现为炸药热分解产气段、点火燃烧段和壳体破裂段 3 个阶段。提出了一种模拟计算慢速烤燃时壳装 PBX 炸药发生低等级响应过程的理论方法，首先计算炸药点火前的温度场分布，引入热分解系数 k 描述炸药热分解消耗的程度，在此基础上建立改进的内弹道方程组，模拟计算了因炸药点火燃烧导致壳体内部压力快速上升的行为，理论值和试验值吻合良好，随后应用 LS DYNA 软件模拟了壳体在内部压力作用下的破裂行为。计算了1.0 10.0 K/min 之间6 种不同升温速率条件下炸药点火后的压力 时间曲线，当升温速率为 1.0 K/min时，炸药点火后压力增长速率明显高于其他工况。关键词:安全工程;慢速烤燃;PBX 炸药;升温速率;热分解系数;压力 时间曲线中图分类号:X944文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.2181*收稿日期:2021 12 01作者简介:聂建新，副研究员，博士生导师，从事高能炸药能量释放与调控、安全弹药设计与评估研究，niejx bit edu cn。基金项目:国家自然科学基金项目(11772058)0引言烤燃试验是检验和评估弹药热安全性的重要方法1，对弹药的设计、制造、运输、储存及使用具有指导意义。目前国内外常采用烤燃试验和数值模拟相结合的方法对弹药热安全性进行研究，以得到烤燃过程中升温速率、约束条件、装药尺寸、装药类型和相变 等 对 点 火 时 间、点 火 位 置 等 反 应 结 果 的影响2 4。牛余雷等5 于 2011 年对 DX 基 PBX 炸药进行了烤燃试验，建立了炸药烤燃计算模型，分别计算了升温速率为 10 K/min、1 K/min、3.3 K/h 时 PBX炸药的相变和温度变化情况，指出升温速率对炸药的相变、点火时间、温度分布和点火位置都有影响。殷明等6 对高固含量 HMX 基浇注 PBX(PBX 9010)炸药进行了升温速率为 1 K/min、3 K/min、10K/min 和100 K/min 的烤燃试验。研究发现，PBX 9010 炸药均发生了燃烧的低等级反应，其中 HMX发生分解反应是导致 PBX 9010 烤燃试验发生燃烧的主要原因。王飞7 研究了烤燃过程中炸药燃烧转爆轰的影响因素，采用非线性动力学软件计算了不同壁厚 燃 烧 转 爆 轰(Deflagration to DetonationTransition，DDT)管内炸药的响应，分析了不同约束条件下炸药反应剧烈程度的变化，JOB 9003 炸药在强约束烤燃条件下可能发生燃烧转爆轰。Kou等8 于 2021 年提出了一种通过测量推进剂燃烧过程中的温度和压力以及测定反应动力学参数来评价固体推进剂装药热安全性的方法，建立了描述固体推进剂装药燃烧全过程的数学模型，测试获得了HTPB 推进剂(高氯酸铵/端羟基聚丁二烯/铝)和HTPE 推进剂(高氯酸铵/端羟基聚醚/铝)点火前的热反应温度和点火后的燃烧压力，计算标定了热分解反应模型的动力学参数和燃烧反应模型参数，将参数代入计算模型，第一次实现了燃烧反应全过程的描述。然而，目前弹药热安全性研究大多针对烤燃过程中点火前的热效应和温度变化情况进行分析，炸药点火反应后壳体的响应情况主要依靠试验获得，鲜有针对热刺激下炸药装药与约束壳体之间耦合作用响应机制全过程的分析。本文进行壳装不敏感 DX 基 PBX 炸药慢速烤燃试验，测定 1 K/min 升温速率下壳体内部的压力 时间曲线，分析壳装炸药烤燃过程中壳体内部压力变化规律;提出一种模拟计算慢速烤燃时壳装不敏感炸药发生低等级响应过程的理论方法，计算炸药点火前温度场分布，通过引入热分解系数 k 描述炸药点火前的热分解程度;在此基础上建立改进的内弹道方程组，标定燃速系数和燃速指数，模拟计算炸药点火后壳体内部的压力变化过程，运用 LS DYNA 软件模拟壳体在内部压力作用下的破坏行为，最后应用该方法计算分析不同升温速率对热分解系数 k 和炸药点火后的压力 时间曲线的影响。1壳装 PBX 炸药慢速烤燃试验1.1试验件及测试系统本文设计了壳装 PBX 炸药的慢速烤燃试验，测试壳体内部压力时程曲线，获得试验件壳体损伤特性。试验所用壳体及端盖材料均为 45#钢，壳体内径为 60 mm、外径为 66 mm，端盖厚为 3 mm，端盖与壳体之间使用螺纹连接。试验用 PBX 炸药 JHL 25801第 23 卷第 4 期2023 年 4 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 4Apr，2023由辽宁庆阳特种化工有限公司生产，其组分配比为m(DX)m(Al)m(黏结剂)=65.5 30 4.5，黏结剂采用三元乙丙体系，药柱尺寸(直径 高)为60 mm 240 mm，炸药总质量为 1.320 5 kg，密度为1 946 kg/m3，采用压装方式装填，留空率 1%。试验测试系统主要包括压电式压力传感器、热电偶、数据采集仪、慢烤箱和温度控制装置。其中，压力传感器的型号为 YG1004 200MPa，由扬州熙源电子科技有限公司生产;热电偶的型号为 WNK 191，由上海星辉自动化仪表厂生产。压力传感器放置在试验件壳体端盖处，热电偶放置在壳体侧壁。在烤燃试验过程中，使用压电式压力传感器测量试验件壳体内部的压力时程曲线，使用热电偶测量试验件壳体外部的温度时程曲线。为了保证试验件的密封性及内部压力测量的准确性，未测量试验件内 PBX 炸药的温度变化。将试验件放在烤燃箱中，从室温 15(288 K)开始以 1 K/min 的恒定速率升温，直到试验件发生响应。分别记录试验过程中的压力 时间、温度 时间历程曲线，传感器布置示意图和试验装置图分别见图 1 和 2。1温度控制系统;2温度记录仪;3压力记录仪;4数据处理系统;5热电偶;6压力传感器;7药柱;8壳体;9慢烤箱图 1试验系统示意图Fig 1Schematic diagram of experimental system1.2试验结果试验测得慢烤箱内空气的温度 时间曲线(黑色直线)和壳体表面的温度 时间曲线(黑色星号)见图3。从图3 可以看出，温度测试数据在加热时间为 290 min 时中断，即试验件于此时发生响应。炸药点火时壳体表面温度为 244(517 K)。图 4 为试验测得的炸药点火瞬时壳体内部的压力 时间曲线，可以看到压力在 399 s 时快速增加，于 950 s 达到最大值 227 MPa。此后压力有小幅度的下降和波动，这是因为当压力达到最大值后壳体发生破裂，在内部装药燃烧升压和壳体破裂泄压的共同作用下，壳体内压力短时间中无明显变化。之后因为传感器受到破坏，测量过程中断。A热分解阶段;B快速燃烧阶段;C壳体破裂阶段图 4炸药点火时的压力 时间曲线Fig 4Pressure-time curve of explosive during ignition试验件装药反应后壳体的破裂情况见图 5。从图 5 可以看到，试验件上下端盖与壳体分离，壳体侧图 2试验装置图Fig 2Diagram of experimental device图 3慢速烤燃试验的温度 时间曲线Fig 3Temperature-time curves of slow cook-off test6801Vol 23No4安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 4 期壁仍相连为一体，沿轴向被严重撕裂，试验中未测到冲击波超压。图 5反应后壳体状态Fig 5State of the shell after reaction2缓慢加热条件下壳装 PBX 炸药响应仿真本节首先通过对炸药点火前热传导过程的计算，得到点火前炸药内部的温度场分布，进而计算得到炸药的热分解系数 k。炸药点火后，建立引入热分解系数 k 的改进内弹道方程组，根据试验测得的压力 时程(p t)曲线标定燃速系数和燃速指数等参数，模拟计算炸药点火后壳体内部的压力变化过程，随后将计算所得压力曲线作为输入条件，建立有限元模型对壳体破坏行为进行数值模拟分析。2.1炸药点火前后的压力 时间曲线理论分析分析图 4 中的压力 时间曲线，壳装炸药点火前后的响应过程可以分为 3 个阶段:1)第一阶段(0 399 s)压力缓慢上升，此时炸药温度逐渐升高并发生热分解反应，产生的气体产物导致壳体内压力增加;2)第二阶段(399 950 s)压力快速上升，这一阶段为炸药点火后的快速燃烧阶段，炸药点火后的燃烧行为较为复杂，包括气相燃烧、固相燃烧、燃气生成、气体状态变化等，壳体内部压力迅速增加;3)第三阶段(950 s 后)压力短暂保持稳定，此时壳体已经发生破裂，在内部装药燃烧升压和壳体破裂泄压的共同作用下，压力维持短暂平衡，此后传感器损毁，数据中断。由于试验数据有限，本文计算分析壳体内部压力变化过程不包括此阶段。炸药点火前的慢速加热过程(0 290 min)均视为第一阶段，主要发生热分解反应。这一过程持续时间长，且加热前期炸药尚未达到分解温度，压力无明显变化。为了便于观察，图 4 中压力 时间曲线只选用了临近点火时壳体内部压力变化明显的一小段(0 399 s)。由于热分解反应步骤复杂，且产生的气体量少，壳体内部压力变化较小，目前尚无有效方法计算这一阶段的压力变化情况。然而炸药发生热分解反应产生的气体和热分解反应消耗的炸药，对炸药点火后快速燃烧阶段的压力计算有重要影响。因此，本文引入热分解系数 k 来表示炸药在烤燃点火前发生热分解反应的过程中消耗的质量占炸药总质量的比例。第二阶段由于炸药开始点火至壳体破裂的过程反应时间极短(550 s)，可以视为绝热过程，反应速率高且持续时间短(550 s)。由于反应等级低，认为当炸药反生燃烧反应时主要是层流燃烧，该过程与内弹道学中火药的燃烧反应过程具有一定的相似性9，因此本文提出改进的内弹道方程用于描述该过程的压力变化。炸药点火前部分区域由于温度较高，已经发生了热分解反应，因此将热分解系数 k 引入内弹道方程来表示装药点火前热分解反应消耗的程度，通过修正内弹道方程来计算炸药点火后壳体内部的压力变化情况。经典的内弹道理论假设，药室中各点参数相同，火药燃烧规律为平行层几何燃烧，药剂从点火到作用完毕的时间段内视为绝热过程10 12。本文将内弹道方程的计算方法应用于烤燃过程中炸药点火后快速反应至壳体破裂过程的计算，根据几何关系推导得出了炸药燃去百分比。为了简化计算，本文做出以下假设:1)热分解阶段消耗的炸药较少(消耗系数为k)，将参与热分解反应的区域等效为体积相等的中空圆柱进行计算;2)炸药从外周开始点火;3)炸药点火后发生燃烧反应，遵守几何燃烧定律。则炸药点火后发生反应的状态方程组可以表示为78012023 年 4 月聂建新，等:缓慢加热条件下壳装 PBX 炸药响应特性研究Apr，2023dedt=u1pn=H(2e 2le e2)2H kVp=mf(1 k)V0m(1 k )m(1 k)(1)式中de/dt=u1pn由燃速方程9 导出;u1为燃速系数;n 为燃速指数;e 为药层厚度;为炸药燃去百分比;为未燃烧时炸药的半径;H 为未燃烧时炸药的高;k 为热分解系数;l 为等效的空心圆柱体厚度;V为未燃烧时炸药的体积;m 为炸药总质量;V0为壳体内部的总容积;为炸药密度;为余容;f 为火药力，f=gT0，g为气体常数，T0为爆温。2.2炸药点火前热分解系数 k 计算炸药点火前的第一阶段发生热分解反应，压力、样品总量、升温速率等反应条件不同时，炸药发生热分解反应的反应动力学参数、反应产物等均有所不同13 15。因为三元乙丙黏结剂热分解温度较高，铝不发生分解，假设炸药在温度高于 DX 分解温度的区域内发生了热分解反应，DX 被消耗。由于不同条件下 DX 热分解过程的热重分析 示差扫描量热(Thermogravimetric Analysis-Differential ScanningCalorimetry，TG DSC)曲线相差较大，查阅相关热分析资料13 14，16，综合 DX 的热分解峰温和完全分解时的温度，取 DX 分解温度为 508 K。根据试验条件建立的二维仿真模型见图 6，采用 Arrhenius 定律描述炸药装药的自热反应过程，化学反应为零级放热反应，反应速率表达式为ddt=vf()=Aexp(E/0T)f()(2)式中v 为化学反应速率常数;A 为指前因子;E 为活化能;T 为温度;0为气体常数;f()为反应机理函数，由于假设化学反应为零级放热反应，则 f()=1。仿真模型参数通过查阅文献 17 18获得，具体见表 1。表 1烤燃件材料参数Table 1Material parameters of cook-off device材料密度/(kgm3)比热容/(Jkg1K1)传热系数/(Wm1K1)指前因子/s1活化能/(kJmol1)反应热/(kJmol1)壳体8 030502.516.27PBX 炸药1 9461 4960.432.0 1010140.137 691计算的初始温度为 15，烤燃过程的升温速率为 1 K/min。计算得炸药的点火时间为 17 450 s，点火温度为 519 K。将点火时刻的温度云图分 508 K以下和 508 K 以上两个温度区间储存，如图 7 所示(图中 T 为温度)，认为温度在 508 K 以上的炸药(图 7(c)发生了热分解反应，其中的 DX 被消耗。使用 MATLAB 软件对温度云图进行处理，计算得到图 7(c)所示高温区域的炸药中 DX 的质量，其占炸药总质量的比例即为热分解系数 k。k=mc/mt(3)式中k 为热分解系数;mc为热分解消耗的炸药质量;mt为炸药总质量。在本文试验条件下，计算得壳装 PBX 炸药热分解反应消耗的炸药质量 mc为 0.038 8 kg，炸药的总质量 mt为1.320 5 kg，则由式(3)计算可得烤燃过程中炸药点火前的热分解系数 k 为 2.9%。2.3炸药点火后壳体内部压力计算使用改进的内弹道方程组可以描述炸药点火至壳体破裂阶段(399 950 s)的压力变化，在此过程中忽略炸药孔隙及热分解产生气体对炸药的压缩，热分解产生气体所占的体积即为炸药分解形成的空腔体积，并依据试验数据取炸药点火初始压力为9.3 MPa。燃速系数和燃速指数是式(1)所示改进内弹道图 6烤燃件模型示意图(单位:mm)Fig 6Schematic diagram of cook-offdevice model(unit:mm)8801Vol 23No4安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 4 期图 7点火时刻(17 450 s)炸药温度分布Fig 7Temperature distribution of the explosive at ignition time(17 450 s)方程组中的关键参数，可应用炸药点火后至壳体破裂前的 p t 曲线数据(第二阶段 399 950 s)标定。具体方法如下:将式(1)变换得到 e t 的函数关系，采用数值微分计算求得燃烧速度 r;由于 r 与 p同时满足函数式 r=u1pn，将等式两边分别取对数9，可得lgr=lgu1+nlgp(4)使用最小二乘法逼近数据点得到回归直线，直线的截距和斜率分别代表 lgu1和 n。计算得参数u1、n 分别为 2.48 104m/(sPa0.34)和 0.34。式(1)中的其他参数由 EXPLO 5 软件计算所得，其中火药力 f 为 839 295 J/kg，余容 为 4.76 104m3/kg。将以上参数代入式(1)，编写 MATLAB 程序对改进的内弹道方程组进行迭代计算，得到炸药点火后至壳体损毁前的壳体内部压力 时间曲线。从图8 可以看出，计算结果较好地呈现了试验观测到的压力变化趋势，计算值与试验值吻合良好。为了进一步研究炸药点火后产生的压力对壳体的作用效应，应用非线性动力学软件 LS DYNA 模拟分析炸药烤燃点火后壳体的破裂行为。建立壳体在内部压力作用下的有限元模型，将前文计算得到的 p t 曲线作为输入条件，得到快速燃烧阶段壳体在压力作用下的破裂情况。壳体材料采用 Johnson-Cook 模型，具体参数见表 219。图 8炸药点火后压力快速升高阶段的压力计算值与试验值比较Fig 8Comparison between calculated and experimentalpressure values during the rapid pressure risestage after explosive ignition表 2壳体材料的 Johnson-Cook 模型参数Table 2Parameters of Johnson-Cook model for shell materialA0/GPaB/GPaCn0Tm/K00.7920.5100.0140.261.031 7931注:A0为屈服强度;B 为黏塑性硬化系数;C 为应变率敏感指数;n0为黏塑性硬化指数;为温度软化指数;Tm为材料的熔点温度;0为参考应变率。计算得壳体在压力作用下的破裂情况如图 9 所示，试验件上下端盖分离，壳体一端相对完好，壳体98012023 年 4 月聂建新，等:缓慢加热条件下壳装 PBX 炸药响应特性研究Apr，2023沿轴向被严重撕裂损伤，仿真结果与烤燃试验件壳体的破坏行为一致。图 10不同升温速率下炸药点火时刻的温度分布Fig 10Temperature distribution of the explosive at ignition time at different heating rates3升温速率对炸药燃烧壳体内部压力的影响分析在炸药烤燃过程中，升温速率对炸药的点火时图 9内压作用下壳体破裂仿真结果Fig 9Simulation result of shell ruptureunder internal pressure间、温度分布、点火位置等有很大的影响20。当炸药内部温度分布情况不同时，热分解系数 k 也有所不同。本文对 1.0 K/min、1.5 K/min、2.0 K/min、5.0 K/min、7.5 K/min 和 10.0 K/min 等 6 种不同的升温速率下 PBX 炸药的烤燃过程进行了数值模拟，计算所用的壳装 PBX 炸药尺寸和参数与上文相同，不同升温速率条件下炸药点火时刻的温度云图见图 10。使用 2.2 节所述的计算方法，计算得到不同升温速率条件下炸药点火前的热分解系数 k，见表 3。从表中可以看出，当升温速率较低时，k 值较小;当升温速率较高达到2 K/min 或以上时，k 值较大且均在 20%左右，此时高温区域的位置均在炸药的外周。这是因为当升温速率较低时，热量有足够的时间传导到药柱的内部，而药柱内部产生的热量难以很快的传导到外部，导致热量不断积聚形成高温区域，这部分炸药首先开始热分解。而当升温速率较高时，壳体温度高，炸药外部位置由于热传导的原因温度普遍较高，而热量尚未完全传导到炸药内部，此0901Vol 23No4安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 4 期时高温区域的热量主要由外部热源提供。将不同升温速率下的热分解系数 k 代入式(1)即可计算得到炸药点火后的压力 时间曲线。由于当升温速率为 2.0 K/min、5.0 K/min、7.5 K/min 和10 K/min 时，点火时炸药的热分解区域和热分解系数 k 均类似，为了简便分析，仅计算升温速率为 7.5K/min 和 10 K/min 时的压力 时间曲线。从图 11 可以看到，炸药点火后的反应情况与点火前烤燃过程的升温速率有很大关系。在本文计算工况下，升温速率越低，炸药点火后的压力升高速率越快。当烤燃过程的升温速率最低为 1 K/min 时，炸药点火后的压力升高速率最大。表 3不同升温速率条件下炸药的热分解系数Table 3Thermal decomposition coefficients ofexplosive at different heating rates升温速率/(Kmin1)1.01.52.05.07.5 10.0热分解系数 k2.96.119.5 21.4 19.0 19.9图 11不同升温速率下炸药点火后的压力 时间曲线Fig 11Pressure-time curves after ignition atdifferent heating rates4结论本文测试获得了 1 K/min 升温速率下壳装 PBX炸药慢速烤燃过程的壳体内部压力 时间曲线，慢速烤燃过程中壳装炸药内部压力变化表现为炸药热分解产气段、点火燃烧段和壳体破裂段 3 个阶段。建立了一种模拟计算慢速烤燃时不敏感炸药发生低等级响应过程的理论方法，通过与试验数据对比验证了本文计算模型的准确性。1)进行了壳装 PBX 炸药慢速烤燃试验，炸药点火后 950 s 壳体内部压力达到 227 MPa，试验件壳体沿轴向撕裂破坏。2)通过引入炸药热分解系数 k，建立了改进的内弹道方程组，可用于描述炸药点火后至壳体破裂前壳装炸药内部压力快速上升的行为。3)获得了 1.0 10.0 K/min 间 6 种不同升温速率下壳装 PBX 炸药试验件的热分解系数和壳体内部压力 时间曲线，炸药点火后压力增长速率随升温速率增大而降低。致谢感谢南京理工大学李斌老师团队和中北大学范锦彪老师团队提供测试数据。参考文献(eferences):1Hazard assessment tests for non-nuclear munitions:MIL STD 2105D2011 S 2 陈朗，王沛，冯长根 考虑相变的炸药烤燃数值模拟计算 J 含能材料，2009，17(5):568 573.CHEN L，WANG P，FENG C G Numerical simulation ofcook-off about phase transition of explosiveJ ChineseJournal of Energetic Materials，2009，17(5):568 573.3 牛余雷，冯晓军，郭昕，等 GHL01 炸药烤燃实验的尺寸效应与数值计算 J 火炸药学报，2014，37(5):37 41.NIU Y L，FENG X J，GUO X，et al Size effect andnumerical simulation of cook-off test for GHL01 explosive J Chinese Journal of Explosives Propellants，2014，37(5):37 41.4 刘静，余永刚 不同升温速率下模块装药慢速烤燃特性的数值模拟J 兵工学报，2019，40(5):990 995.LIU J，YU Y G Simulation of slow cook-off for modularcharges at different heating rates J Acta Armamentarii，2019，40(5):990 995.5 牛余雷，南海，冯晓军，等 DX 基 PBX 炸药烤燃试验与数值计算 J 火炸药学报，2011，34(1):32 36，41.NIU Y L，NAN H，FENG X J，et al Cook-off test andits numerical calculation of DX-based PBX explosive J Chinese Journal of Explosives Propellants，2011，34(1):32 36，41.6 殷明，罗观，代晓淦，等 高固含量 HMX 基浇注 PBX的烤燃试验研究J 火炸药学报，2014，37(1):4448.YIN M，LUO G，DAI X G，et alCook-off testinvestigation of high solid-content casted PBX based onHMX J Chinese Journal of Explosives Propellants，2014，37(1):44 48.7 王飞 烤燃炸药热力耦合数值模拟分析D 北京:北京理工大学，2009.WANG FNumerical simulations of coupled thermal-mechanical process for cook-off explosivesD Beijing:Beijing University of Technology，2009.8 KOU Y F，CHEN L，LU J，et al Assessing the thermalsafety of solid propellant charges based on slow cook-offtests and numerical simulationsJ Combustion andFlame，2021，228:154 162.19012023 年 4 月聂建新，等:缓慢加热条件下壳装 PBX 炸药响应特性研究Apr，2023 9 金志明 枪炮内弹道学 M 北京:北京理工大学出版社，2004.JIN Z M Gun interior ballisticsM Beijing:BeijingInstitute of Technology Press，2004.10 梁晓爱，聂建新，王帅，等 密闭爆发器中 Al/KClO4点火器的输出性能研究J 兵工学报，2017，38(8):1513 1519.LIANG X A，NIE J X，WANG S，et al esearch onoutput performance of Al/KClO4igniter in closed bomb J Acta Armamentarii，2017，38(8):1513 1519.11 温洋 某航天火工装置可靠性分析与评估方法研究 D 北京:北京理工大学，2015.WENGYStudyonthereliabilityanalysisandassessment method of the aerospace pyrotechnic device D Beijing:Beijing Institute of Technology，2015.12 岳松辰，王强，何迅舟 固体火箭发动机多弧形孔装药设计研究J 推进技术，2020，41(6):1201 1209.YUE S C，WANG Q，HE X Z Design of a porouscambered-hole grain for solid rocket motorJ Journalof Propulsion Technology，2020，41(6):1201 1209.13 刘子如 含能材料热分析 M 北京:国防工业出版社，2008.LIU Z Thermal analysis of energetic materialsM Beijing:National Defense Industry Press，2008.14李艳春，闫石，成一 DX 热分解的 TG DSC QMS FTI 同步动力学 J 火炸药学报，2009，32(1):32 35.LI Y C，YAN S，CHENG Y Thermal decompositionkinetics of DX by TG DSC QMS FTIJ Chinese Journal of Explosives Propellants，2009，32(1):32 35.15 舒远杰 高能硝铵炸药的热分解 M 北京:国防工业出版社，2008.SHU Y JThermal decomposition of nitamine highexplosivesM Beijing:National Defense IndustryPress，2008.16 黄浩 含铝炸药热分解反应机理研究 D 北京:北京理工大学，2011.HUANGHStudyonthethermaldecompositionmechanism of aluminized explosives D Beijing:Beijing University of Technology，2011.17 郑亚峰，孙培培，常海，等 黑索金基含铝炸药的热重分解及几种热分解动力学参数的关联关系 J 化工新型材料，2019，47(9):142 145.ZHENG Y F，SUN P P，CHANG H，et al TG thermaldecomposition of Al DX explosive and the correlationof several thermal decomposition kinetic parametersp J New Chemical Materials，2019，47(9):142 145.18 寇永锋，陈朗，马欣，等 黑索今基含铝炸药烤燃实验和数值模拟 J 兵工学报，2019，40(5):978 989.KOUYF，CHENL，MAX，etalCook-offexperimental and numerical simulation of DX-basedaluminized explosivesJ Acta Armamentarii，2019，40(5):978 989.19 李尧，胡敏，董松，等 基于 ABAQUS 的 30CrMnSiA合金钢切削仿真研究J 工具技术，2016，50(9):35 37.LI Y，HU M，DONG S，et alStudy on millingsimulation of 30CrMnSiA alloy steel based on ABAQUS J Tool Engineering，2016，50(9):35 37.20 王沛，陈朗，冯长根，等 不同升温速率下炸药烤燃模拟计算分析J 含能材料，2009，17(1):46 49，54.WANG P，CHEN L，FENG C G Simulation analysis ofexplosive cook-off under different heating ratesJ Chinese Journal of Energetic Materials，2009，17(1):46 49，54.Study on response characteristics ofinsensitive PBX explosive in shellunder slow cook-offNIE Jian-xin，LI Xin，GUO Xue-yong，ZHANG Hai-jun，YAN Shi，ZHANG Tao(State Key Laboratory of Explosion Science and Technology，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)Abstract:To study the response law of ammunition underthermal stimulation，a slow cook-off test of PBX explosive in ashell was carried out and the heating rate was 1 K/min Thepressure-time curve inside the shell was obtained The pressurechange process inside the shell is divided into three sections:asection in which the pressure increases slowly due to the thermaldecomposition of the explosive，a section in which the pressureincreases rapidly due to the combustion of the explosive，and asection in which the pressure is maintained briefly when the shellbreaks A theoretical method is proposed to simulate the low-grade response of explosives in the shell during a slow cook-offFirst，the Fluent software is used to calculate the temperaturedistribution of the explosive before ignition It is assumed that athermal decomposition reaction occurs in the region where thetemperature is higher than the DX decomposition temperature，andtheDXisconsumedThethermaldecompositioncoefficient k is introduced to describe the amount of the explosivewhere the thermal decomposition reaction occurredOn thisbasis，an improved interior ballistic equation set is established todescribe the rapid rise of the internal pressure of the shell due tothe combustion of the explosive，and the MATLAB program iscompiled to perform iterative calculations on the equation setThe theoretical values and the experimental values are in goodagreement Then，using the calculated pressure-time curve asthe input condition，the nonlinear dynamics software is used tosimulate the fracture of the shell under the internal pressureThis method is used to calculate the thermal decompositioncoefficients and pressure-time curves in the shell after ignition atdifferent heating rates The results show that when the heatingrate is 1.0 K/min，the pressure growth rate after ignition issignificantly higher than in other processesKey words:safety engineering;slow cook-off;PBX explosive;heating rate