Caraterização da decomposição térmica e do efeito gerado pela reação de um explosivo plástico de base RDX em cenário de cookoff

Abstract

Neste trabalho é feita a simulação numérica do processo de decomposição térmica de um explosivo plástico de base RDX confinado num veículo de teste de escala laboratorial submetido a um cenário de incêndio, designado na literatura por cookoff, e do processo de deformação e rotura das paredes do veículo de teste devido à violência da reação do explosivo após ignição. O trabalho compreendeu quatro fases. Na primeira fase procedeu-se à determinação dos parâmetros termoquímicos e cinéticos dos reagentes e do explosivo plástico de base RDX, considerando diferentes composições até à adição de todos os reagentes, a partir do tratamento das curvas de DSC e TG para diferentes métodos de análise térmica. A segunda fase envolveu a determinação dos parâmetros da equação de estado JWL para descrever o comportamento hidrodinâmico dos produtos da reação do explosivo plástico em regime de detonação. A terceira e quarta fase compreenderam a simulação do processo de decomposição térmica do exp.losivo até à ignição e pós-ignição respetivamente, em cenários de slow e fast cookoff (SCO e FCO), tendo por base o programa de elementos finitos ABAQUS 2D. Os resultados mostraram que entre os parâmetros termoquímicos e cinéticos, a energia de ativação é o parâmetro que mais afeta os resultados do tempo, temperatura e decomposição mássica no momento de ignição. Variações até ±10 % nos valores do calor de reação, calor específico e condutividade térmica exercem pouca influência na alteração dos resultados. Na simulação numérica do cookoff do PBX RH8515, o modelo cinético de SB (m, n) por comparação com o modelo cinético JMA (m), conduziu a valores de tempo e de temperatura no instante de ignição mais próximos dos resultados experimentais tanto para SCO como para FCO. Em cenário de SCO a diferença relativamente ao valor da temperatura de ignição experimental foi inferior a 2,4 % enquanto para FCO foi inferior a 0,5 %. Para o tempo no instante da ignição as diferenças foram superiores, sendo de 15 % para SCO e de 6,3 % para FCO. O efeito dinâmico da reação de detonação do explosivo após ignição mostrou ser suficiente para deformar e romper a parede cilíndrica na zona central do veículo de teste.

In this work is carried out a numerical simulation of the thermal decomposition process of a plastic bonded explosive based on RDX restricted in a laboratory test vehicle, when submitted to a fire scenario, known in the literature as cookoff, and the deformation process and rupture of the walls of test vehicle due to the reaction violence of explosive after ignition. The work included four steps. The first step involved the calculation of the thermochemical and kinetic parameters of the reagents and the plastic bonded explosive based on RDX, considering different compositions until the addition of all reagents, from DSC and TG curves for different methods of thermal analysis. The second step was about the calculation of JWL equation of state parameters to describe the hydrodynamic behavior of the products of reaction under detonation regime. The third and fourth steps were regarding the numerical simulation of thermal decomposition process of the explosive until ignition and post-ignition respectively, in slow and fast cookoff scenarios, (SCO and FCO), based on the finite element program ABAQUS 2D. The results showed that among the thermochemical and kinetic parameters, the activation energy was the parameter that most affects the outcome of time, temperature and mass decomposition at ignition point. Variations up to ± 10 % in the values of the heat of reaction, specific heat capacity and thermal conductivity have little influence on changing results. In numerical simulation of cookoff PBX RH8515, the kinetic model SB (m, n) when compared with the kinetic model JMA (m) led to time and temperature values at ignition point closer to experimental results for both SCO and FCO scenarios. In SCO scenario the difference to experimental results of ignition temperature was less than 2,4 %, while for FCO was less than 0,5%. For time at ignition point differences were 15 % to SCO and 6,3 % to FCO. The dynamic effect of the detonation after ignition has proved to be sufficient for the deformation and rupture the cylindrical wall in the central zone of the test vehicle.