低感炸药低爆炸响应点测试研究.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 4 卷第1 期 d o i 1 0 ．3 螂／j ．i s s n ．1 ∞l 彤5 2 ．加1 5 ．0 1 ．∞3 低感炸药低爆炸响应点测试研究亲 花成①张艳丽①姚奎光①江剑②于劭钧①赵学峰① ①中国工程物理研究院化工材料研究所 四川绵阳，6 2 1 9 0 0 ②南京理工大学机械学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ’ 『摘要]低感炸药机械感度的传统测试方法是撞击感度爆炸百分率法和B m c e t o n 上下法，现普遍采用的落锤仪 导轨受高度的限制，用这两种方法无法得到5 0 ％爆炸响应点即皿。值，也无法得到落高均值肛和方差盯的估计，故 不能完全反映低感炸药在外界刺激下的安全性能。针对上述问题，采用0 S T R o n e s h o tt r a n s f o m e dr e s p o n s e 方法 测试了低感炸药的低爆炸响应点，为低感炸药的安全性能测试及使用提供进一步的信息和评估依据。研究表明 在低感和钝感炸药的机械撞击安全性能测试中，使用0 s T R 法可以得到较为准确的均值p 及方差盯，并经外推，可 预估低爆炸概率点的估计值。单元试验发数m 的选取对均值的估计影响较小，但对方差的估计有一定的影响，随 着m 的增大，口偏小的程度减小。这样得到的极低爆炸概率点的估计更为准确；但m 较大时所需的总试验量Ⅳ较 大。综合考虑。m 取6 或8 较为适宜。 [ 关键词] 低感炸药；撞击感度；0 s T R 方法 『分类号] T D 2 3 5 ．2 1 ；0 6 4 引言 随着对武器安全性和有效性要求的提高，炸药 对外界刺激量的敏感程度即炸药的感度，成为一个 重要的研究内容。目前国内普遍的炸药特性落高测 试方法为定步长的序贯试验方法，即B m c e t o n 方法， 该方法起始于二战期间的美国海军B r u c e t o n 实验 室．具有计算方便、不需使用计算机和相关软件等优 点，但存在均值估计差，标准偏差较真值系统偏小的 缺点⋯另一种方法为兰利法，是一种变步长的序 贯试验方法，该法对均值的估值精度较高，但也存在 标准偏差较真值系统偏小的缺点[ 1 引。上述两种方 法主要用于5 0 ％爆炸概率响应点的估计。1 9 7 4 年 出现于美国的O S T R o n e s h o tt I I a n s f o 珊e dr e s p o n s e 方法[ 6 | ，主要用来估计给定的p 响应点，p 一般为 2 0 ％以下或7 9 ％以上。 P B x - 3 炸药是一种低感炸药，在1 0k g 、2 5c m 标 准撞击条件下的撞击感度测试结果为O ～4 ％，且 G J B 7 7 2 A 一1 9 9 7 方法6 0 1 ．2 规定对于低感炸药只有 1 0k g 、5 0c m 和变落高5k g 测试条件，使用1 0 蚝落 锤及加大落高后，击柱会产生严重塑性形变；在试验 药量3 5m g 、锤质量5 蚝条件下，特性落高的测试结 果受国内普遍使用落锤仪高度的限制，无法测出均 值，只能定高度进行爆炸概率测试，并将结果表示为 皿。 1 0 0c m 。本文尝试使用m 3 和m 6 m 为一 试验刺激量的最大试探次数 的O S T R 方法[ 瑚J 测试 该炸药在p 0 ．2 0 6 3 和p O ．1 0 9 2 时的爆炸概率响 应点。 1 试验装置与方法 1 ．1 试验装置与试样准备 按G J B 7 7 2 A 一1 9 9 7 方法6 0 1 ．2 的要求，采用炸 药特性落高测试装置，使用由击柱、击套组成的标准 撞击装置，试验药量3 5m g 、锤质量5 蛭。 1 ．2 试验方法 试验按G J B ／2 3 7 7 A 一1 9 9 4 感度试验用数据统 计方法中方法1 0 2O s T R 法进行[ 9 ] 。O s T R 方法为 一种变步长的序贯试验方法，根据试验目的确定一 个应优先得到其较好精度的_ p 响应点估计值，据此 p 值由O s T R 方法，求出一个整数的各刺激量单元 试验数m 值，在试验中分别选定玑 3 、p O ．1 0 9 2 和m 3 、p 0 ．2 0 6 3 。对P B x - 3 炸药根据以前经验 积累并结合实际，取试验高响应刺激量 实际高度 对数值 x ，， 2 ．2 5 5 ，适当放宽最大全不响应刺激量 实际高度对数值 x ， 1 ．3 0 0 ，试验完预定的Ⅳ发 或出现一定的升降转换次数后停止。 岽收稿日期2 0 1 4 0 5 ．1 3 基金项目国防基础科研项目 B 1 5 2 0 1 3 2 0 0 4 作者简介花成 1 9 6 7 一 ，男，副研究员，研究方向为含能材料安全性能测试与研究。E m a i l h u a c l 9 8 8 1 2 6 ．c o m 通信作者江剑 1 9 7 3 ～ ，男．博士，研究方向为机电一体化和测控技术研究。E ．m a i l 8 3 9 0 5 1 1 8 1 6 3 ．c o m 万方数据 2 0 1 5 年2 月低感炸药低爆炸响应点测试研究花成，等 1 ．3 试验结果处理方法 假设炸药临界刺激量的对数值服从正态分布， 则定义最大似然函数L 及其对数函数l o g ，。￡，用牛顿 法求l o g m L 最大值，算法[ 1 0 ] 如下。 预备步求区间 x 。。，蜀u 中刺激量置的个数 Ⅳ。，置均值初值p 。 x 。￡ 蜀u ／2 ，矿o 后 蜀。一 x ．。 ／[ 8 Ⅳ。 2 ] ，计算精度s 0 ．0 0 1 。 主步 1 逐步求方程组 1 的解△p 、△盯 f ／ 丘舡 厶△盯 o ；⋯ 【g 乱△灿 g ，△盯 0 。 式中，、丘、厶、g 、骺、瓯、△p 、△盯为迭代公式中的 计算变量，其意义参见文献[ 1 1 ] 。 2 如果I △灿I l △盯l s ，停止迭代，得均值p 和方差盯的估计值。反之则置p 肛。 △p ，盯 盯。 △盯转式 1 继续迭代。按上述算法编制程序 进行试验结果处理。 2 试验与试验结果处理 2 ．1 使用O S T R 方法测试特屈儿标准炸药低爆炸 概率响应点 为求出K 。，点的估计，按照O S T R 方法的一般 设计，每个单元试验发数，即每个高度的试探发数m 大于1 8 发．总的试验量大于2 0 0 发，由于人力、物力 的限制。无法直接测试爆炸概率为0 ．0 l 的点。一般 取m 3 ，得到五嘶，的爆炸概率点估计，再通过外 推得到爆炸概率为蜀．。。、蜀。，的点估计。m 3 时 u u p 对应于响应结果列0 0 0 1 代表爆炸，o 代表 不爆炸 ，D d o w n 对应于3 种可能列0 0 1 ，0 1 ，1 。 使用O S T R 方法测试特屈儿标准炸药感度，药 量5 0m g 、锤质量5k g ，相对湿度6 5 ％，室温2 5 ℃， 试验结果如表1 所示。 从表1 可见X 。L 五 1 ．3 0 0 ，蜀。 x 。o 1 ．5 5 9 ，有混合结果区 1 ．3 0 0 ，1 ．5 5 9 ，该组试验含 1 6 个试验单元，共试验3 6 发。置均值初值肛。 1 ．4 6 、方差初值盯。 0 ．0 4 ，精度占 0 ．0 0 1 ，得最大似 然估计矿 0 ．1 3 ，肛 1 ．5 7 6 ，实际落高为3 7 ．7c m ， 满足G J B 7 7 2 A 一1 9 9 7 方法6 0 1 ．2 要求的 4 1 9 c m 范围。查正态分位数表，％．猫， 一0 ．8 1 9 ，％枷， 1 ．5 7 6 0 ．8 1 9 0 ．1 3 1 ．4 7 0 ．2 0 ．6 3 ％爆炸概率 响应点高度为2 9 ．5c m 。 2 ．2 P B x - 3 炸药2 0 ．6 3 ％低爆炸概率弱．2 0 6 3 点测试 选定p O ．2 0 6 3 、各刺激量单元试验数m 3 ， 根据经验积累并结合实际取高响应刺激量 对数 值 x ，， 2 ．3 0 ，适当放宽最大全不响应刺激量估计 值x ， 1 ．3 0 对数值 ，试验终止准则一般取总试验 表1特屈儿标准炸药0 S T R 方法感度试验 T a b ．1 S e n s i t i v i t yt e s tr e s u l t so fs t a n d a r d e x p l o s i V eT e t r y l b yO S T Rm e t h o d 注0 一不爆炸、1 一爆炸，M 一刺激量x 。处不爆炸总发数， 凡。一刺激量x 。处爆炸总发数，u u p ，D d o w n 。 量Ⅳ为3 0 至4 0 ，即试验完Ⅳ发后停止，依上述规定 程序各进行两组试验，试验相对湿度为6 5 ％～ 6 7 ％，室温为2 5 ～2 6 ℃，试验结果如表2 、表3 。 表2P B X - 3 炸药低爆炸概率 蜀．猫，点估计 第1 组 T a b ．2 L o we x p l o d e dp e r c e n t i l e se s t i m a t i o n o fP B X - 3a t 蜀．2 0 6 3 t h e6 r s tg r o u p 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 4 卷第1 期 表3P B x ．3 炸药低爆炸概率 ％．撕，点估计 第2 组 T a b ．3L o we x p l o d e dp e r c e n t i l e se s t i m a t i o n o fP B X - 3a t ％．2 0 6 3 t h es e c o n dg r o u p 从表2 可见，置。 2 ．0 5 0 ，凰￡， 2 ．1 6 5 ，有混合 结果区 2 ．0 5 0 ，2 ．1 6 5 ，该组数据含1 1 个试验单 元，共试验3 0 发。数据中的u 、D 转换次数为6 ，出 现于i 值为1 、2 间，5 、6 间，6 、7 间，7 、8 间，8 、9 间， 9 、1 0 间。置均值初值‰ 2 ．0 5 0 2 ．1 6 5 ／2 2 ．1 0 7 5 、方差初值盯。 o ．0 2 9 4 ，精度s 0 ．0 0 1 ，得 极大似然估计p 2 ．2 0 5 ，盯 0 ．1 0 1 ，％．2 呖3 一0 ．8 2 ，义j2 0 6 3 2 ．2 0 5 0 ．8 2 0 ．1 0 1 2 ．1 2 ，故 2 0 ．6 3 ％爆炸响应点实际高度为1 0 2 。1 2 1 3 2 ．4c m 。 从表3 可见，x 1 ￡ 玩 2 ．0 0 2 ，瓦u X 1 3 2 ．1 8 5 ，有混合结果区 2 ．0 0 2 ，2 ．1 8 5 ，该组数据含 1 5 个试验单元，共试验3 9 发。 置均值初值‰ 2 ．0 0 2 2 ．1 8 5 ／2 2 ．0 9 4 、 方差初值c r 0 0 ．0 3 4 6 ，占 0 ．0 0 1 ，得极大似然估计肛 2 ．1 5 7 ，盯 0 ．1 0 6 ，％．2 0 6 3 一0 ．8 2 ，蜀．猢 2 ．1 5 7 0 ．8 2 O ．1 0 6 2 ．0 7 0 ，故2 0 ．6 3 ％爆炸概率响应 点实际高度为1 0 2 ～ 1 1 7 ．5c m 。 2 ．3 P B x - 3 炸药低爆炸概率五．舰点测试 选定p o ．1 0 9 2 、单元试验发数m 6 ，根据经 验积累并结合实际取x ，， 2 ．2 5 5 ，适当放宽最大全 不响应刺激量估计值x ；． 1 ．3 0 0 ，试验相对湿度 6 5 ％，室温2 5 ℃，试验终止准则取数据中的U 、D 转 换次数为5 ．依上述规定程序试验得数据记录如 表4 。 表4P B x - 3 炸药低爆炸概率蜀．，0 9 2 点估计 T a b ．4L o we x p l o d e dp e r c e n t i l e se s t i m a t i o n o fP B X - 3a t ％．1 0 9 2 从表4 可见，x 1 L 瓦 1 ．8 8 2 ，凰￡， X 1 1 2 ．1 8 6 ，有混合结果区 1 ．8 8 2 ，2 ．1 8 6 ，该组数据含 1 1 个试验单元，共试验5 7 发。数据中的U 、D 转换 次数为5 ，出现于i 值为l 、2 间，3 、4 间，5 、6 间，6 、7 间，l O 、1 1 间。 置初值‰ 1 ．8 8 2 2 ．1 8 6 ／2 2 ．0 3 4 、方差 初值c r 0 0 ．1 0 0 ，s 0 ．0 0 1 ，得肛 2 ．2 1 1 ，盯 0 ．1 7 3 。 查正态分位数表，％．。∞ 一1 ．2 3 ，蜀．。咙 2 ．2 1 1 1 ．2 3 0 ．1 7 3 1 ．9 9 8 ，1 0 ．9 2 ％爆炸概率响 应点实际高度为1 0 1 ‘9 9 8 9 9 ．5c m 。 3 结果讨论 对于P B x ．3 炸药，由表2 、表3 试验结果可以看 出，当各刺激量单元试验数m 3 、总试验发数分别 为3 0 、3 9 时。进行2 0 ．6 3 ％爆炸概率响应点的估计 时，均值估计分别为2 ．2 0 5 和2 ．1 5 7 ，方差估计分别 为O ．1 0 1 和0 ．1 0 6 ，这说明均值和方差的估计随试 验的发数增加略有小的波动，但变化范围不大，其中 也含有炸药试样随机性产生的随机波动。同时 蜀．撕，点的估计值变化有小的差别，与感度测试仪器 的误差相当。 对比表2 、表3 、表4 的试验结果可以看出，单元 试验数m 3 和m 6 对试验结果的影响。m 6 时 由于单个刺激量处的试探发数为6 ．为保证O s T R 方 法规定的U u p 、D d o w n 转换次数，总的试验发数 增加明显。m 3 时测试结果的方差估计值由 万方数据 2 0 1 5 年2 月低感炸药低爆炸响应点测试研究花成，等 1 5 0 ．1 0 1 、0 ．1 0 6 变化为m 6 时的o ．1 7 3 ，方差估计值 明显增大，均值估计变化较小。由于升降法试验存 在方差估计系统偏小的问题，因此m 6 时的方差 估计值更为可信。 对比表2 、表3 、表4 的试验结果还可发现，单元 试验数m 3 时由于方差估计值偏小，对瓦。。以下 爆炸概率响应点的估计值会偏大。当总的试验发数 较少时，m 3 时的测试结果仅用于估计蜀．嘶，爆炸 概率响应点是较为稳妥的。 4 结论 1 在低感和钝感炸药的机械撞击安全性能测 试中，使用0 s T R 法可以有效获得均值肛及方差盯 的估计值，可以获得其安全性信息。 2 当总的试验发数较少、单元试验数为3 时的 测试结果，仅用于估计x 呲∞，爆炸概率响应点是较 为稳妥的，不易用于使用外推方法进行更低爆炸概 率点的估计。 3 各刺激量单元试验数m 的选取对均值的估 计影响较小，但对方差的估计有一定的影响。随着 m 的增大，盯系统偏小的程度减弱。m 6 时的方差 估计值更为可信，这样经外推，可得预定更低爆炸概 率点的估计较为准确。但m 较大时所需的总试验 量Ⅳ较大，不利于实际试验，这可能是欧洲部分国 家选用m 6 的部分原因。 参考文献 [ 1 ] B o l tBA ．D e s i g na n de s t i m a t i o ni ns m a l ls a m p l eq u a n t a l r e s p o n s ep r o b l e m s am o n t oc a d os t u d y [ R ] ．A D - 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