在国民经济和国防工业众多领域,激光技术发挥着越来越重要的作用。应用激光来辐照炸药装置,能使固体炸药发生化学反应,并在密闭空间内部形成热点,发生点火和爆炸行为。激光引爆炸药装置的这种方法,可用于远距离、非接触式的排除地雷或者未爆弹药,降低人工排雷的危险性,具有重要的工程应用前景。同时,激光辐照提供了精确可测的辐射外热流,能使炸药装置在秒级时间内发生爆炸,为快加热条件下约束炸药的点火和爆炸机理研究提供了新型试验手段。本文围绕激光辐照下约束炸药的热爆炸机理展开工作,进行了理论、试验和数值模拟研究,目的是揭示激光引爆约束炸药的机理,建立预测快加热条件下约束炸药点火过程的模型和方法。论文主要完成了以下工作:1、将炸药装置简化为壳体/炸药双层结构,考虑壳体和炸药界面之间的接触热阻,建立了激光引爆约束炸药的理论模型。基于积分变换数理方法,获得了激光辐照下壳体和炸药的瞬态温度场计算公式,讨论了激光热流、壳体/炸药界面热阻和外部气流对激光加热炸药效应的影响。将炸药能量方程的热源项进行Frank-Kamenetskii近似处理,基于热爆炸理论提出了激光辐照下约束炸药点火时刻的近似估算公式。2、试验研究了激光辐照下约束炸药的点火和爆炸特征。试验工作分解为激光烧蚀壳体试验、壳体材料高温力学试验以及炸药装置热爆炸试验。应用光纤激光器作为加载装置,研究了激光对炸药壳体材料的烧蚀特征,获得了不同辐照条件下材料烧蚀形貌和瞬态温度场。利用高温力学试验装置进行了壳体材料拉伸强度试验,得到了不同温度下材料强度和断裂特征。在材料试验基础上,开展了激光热引爆炸药装置试验,获得了炸药温升数据、点火时刻以及典型结构破坏模型。试验表明,激光辐照下小尺度炸药装置的破坏模式是低反应烈度的热爆炸反应,而不是爆轰反应。3、建立了激光直接辐照下含能材料点火的热-化学-流体动力学耦合模型,编制了一维有限差分计算程序。从反应动力学角度,模拟了含能材料RDX的激光点火和燃烧过程。气体组分浓度和火焰温度场计算值与文献结果吻合较好。在计算基础上,进行了HMX和RDX晶体的C02激光点火试验,应用高速摄影研究了水平和垂直辐照条件下含能材料点火和燃烧规律,获得了点火时刻和燃烧速率,验证了激光点火模型。4、将激光点火模型推广到约束炸药热爆炸问题,建立了激光引爆约束炸药的一维反应动力学模型。模型综合考虑了激光与壳体材料耦合规律、激光烧蚀效应、壳体/炸药界面间隙内气体流动、炸药热分解以及炸药气体化学反应等因素,模拟了激光加载下约束炸药的点火过程,获得了炸药凝聚相和气相组分的演变规律,分析了激光辐照下约束炸药的点火条件。5、建立了激光热引爆约束炸药的宏观反应模型。采用宏观反应模型来模拟炸药反应过程,并考虑激光对壳体的熔化和烧蚀效应,应用界面热阻来近似模拟壳体和炸药之间的传热过程,建立了激光热起爆约束炸药的三维数值模型。基于自行编制的计算程序,进行了激光辐照下约束炸药热点火数值模拟,并通过试验数据进行了验证。6、研究了激光点火后约束炸药动力学行为。建立了激光点火后约束炸药的爆燃模型,编制了二维和三维拉格朗日型流体动力学程序,模拟了激光点火后炸药压力增长和炸药装置的动态破坏过程。