JOB-9003炸药试件机械加载损伤超声检测

近来PBX材料损伤、损伤的非破坏过程检测已成为PBX材料研究和库存老化研究关注的热点和难点。为解决高聚物粘结炸药（PBXs）在加工或贮存过程中的损伤开裂的技术难题，开展了在典型力学加载条件下对炸药试样的超声波检测研究。依据材料的细观损伤的基本理论，对高于200kHz频率的线弹性各向同性体中损伤为一标量，泊松比不随损伤而变，且损伤因子D==1-p1C^2 L1/p0C^2 L0，p0，C L0为初始密度、声速，p1，CL1为有损伤时的密度、声速。     

压缩加载下三种含能材料细观破坏特征观察

 通过扫描电镜,对三种含能材料在不同应变率压缩条件下回收的试样断面进行了细观观察,得到了三种含能材料的细观破坏特征,并对其破坏机理进行了分析。同时结合高聚物粘结炸药（PBX炸药）和压装B炸药组分的比较,分析了两种炸药在高应变率条件下的不同破坏模式。     

一种高聚物粘结炸药和B炸药的本构关系研究

 利用万能材料试验机对一种高聚物粘结炸药（简称PBX炸药）和压装B炸药进行了准静态压缩实验,得到了两种炸药在不同应变率下的应力应变曲线。通过两种炸药在不同应变率下力学性能的研究,建立了两种炸药含应变率效应的本构方程。结果表明,建立的本构方程能较好地描述两种炸药在弹性阶段和强化阶段的力学性能。     

PBX材料宏细观断裂行为的数字散斑相关法实验研究

 采用半圆盘弯曲实验和数字散斑相关方法,对高聚物粘结炸药（PBX）的宏、细观断裂行为进行了实验研究。宏观上,带有预制裂纹的半圆盘试样发生拉伸破坏,利用数字散斑相关技术得到了试样的应变场和位移矢量场分布,定量分析了试样全场的变形特征,并测得了PBX材料的平面应变断裂韧性;细观上,用配有加载装置的扫描电子显微镜对含预制裂纹的半圆盘试样间接拉伸下的损伤演化和破坏过程进行了实时原位观察,借助于数字散斑相关方法,定量分析了试样损伤局部化特征。结果表明,将数字散斑相关方法用于研究PBX材料宏、细观尺度上的变形破坏问题是有效的。     

三氨基三硝基苯基高聚物粘结炸药热力学性质的理论计算研究

高聚物粘结炸药(PBX)的热力学性质是用于炸药结构响应、安全性评估、数值模拟分析等的重要参数.由于PBX结构的多尺度特性,完全采取实验方法精细表征这些参数存在巨大的挑战.本文运用第一性原理和分子动力学计算的方法,系统研究了三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药的热力学参数和界面热传导性质.利用散射失配模型研究了TATB与聚偏二氟乙烯(PVDF)界面的热传导过程,发现热导率随温度升高而上升,并且在高温情况下接近于定值.基于分子动力学获得的TATB热导率并结合界面热导率,分析了PBX炸药的热导与颗粒尺寸的关系,当颗粒尺寸大于100 nm时,界面热阻对于PBX热导率的影响有限.     

基于X射线同轴相衬成像的炸药缺陷准静态扩展过程诊断北大核心CSCD

由于炸药具有弱吸收特性,利用传统的X射线成像技术难以获得质量较好的图像,因而无法对炸药内部的微小缺陷进行诊断。为提高炸药的X射线成像质量,采用X射线同轴相衬成像方法,获得了不同压力作用下高聚物粘结炸药(PBX)内部缺陷的一系列X射线相衬图像,从中清楚地观察到炸药内部缺陷从无到有、从小到大的准静态扩展过程,为研究高能炸药的热点形成机制提供技术支持。     

基于X射线同轴相衬成像的炸药缺陷准静态扩展过程诊断

由于炸药具有弱吸收特性,利用传统的X射线成像技术难以获得质量较好的图像,因而无法对炸药内部的微小缺陷进行诊断。为提高炸药的X射线成像质量,采用X射线同轴相衬成像方法,获得了不同压力作用下高聚物粘结炸药(PBX)内部缺陷的一系列X射线相衬图像,从中清楚地观察到炸药内部缺陷从无到有、从小到大的准静态扩展过程,为研究高能炸药的热点形成机制提供技术支持。     

飞秒激光在PPQ有机高聚物中的传输特性研究

有机高聚物是一种具有大非线性系数和较快非线性响应时间的非线性材料。本文通过对含有二阶，三阶色散效应和非线性响应时间改进的非线性薛定谔方程进行了数值模拟求解，分析了飞秒光脉冲在有机高聚物聚苯基喹恶啉中的传输特性。     

ε-CL-20/F_(2311) PBXs力学性能和结合能的分子动力学模拟

本文应用分子动力学(MD)模拟方法,研究高能量密度化合物六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)与常用高聚物粘结剂F2311所构成的CL-20/F2311高聚物粘结炸药(PBXs)的力学性能和结合能随温度和高聚物浓度而变化的规律.结果表明,添加高聚物于主体炸药中,使其弹性模量减小,表明刚性减小,弹性增大,机械力学性能大为改善;在一定范围内,随高聚物F2311在PBXs中浓度的增加,体系结合能从正值变为负值,而随温度升高,体系的结合能变化不是很明显.     

ε-CL-20/F2311 PBXs力学性能和结合能的分子动力学模拟

本文应用分子动力学(MD)模拟方法, 研究高能量密度化合物六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)与常用高聚物粘结剂F2311所构成的CL-20/F2311高聚物粘结炸药(PBXs)的力学性能和结合能随温度和高聚物浓度而变化的规律. 结果表明, 添加高聚物于主体炸药中, 使其弹性模量减小, 表明刚性减小, 弹性增大, 机械力学性能大为改善; 在一定范围内, 随高聚物F2311在PBXs中浓度的增加,体系结合能从正值变为负值, 而随温度升高,体系的结合能变化不是很明显.     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

 采用改进的损伤度函数模型，该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程，根据逾渗临界准则，采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应，考虑了损伤对材料本构的影响，对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载，计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性，计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程，485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内，具有明显的损伤局部化特征，最大损伤值为11.2%。     

动态损伤演化的空间不连续性实验研究

对冲击加载下高纯铝的损伤演化进行了实验研究. 利用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术测试冲击加载“软回收”的样品截面, 对测试结果进行三维重构和损伤量化计算. 结果表明: 受到孔洞形核效应、尺寸效应和应力松弛作用, 在损伤演化早期, 损伤度随着空间的分布是不连续的, 除最大损伤度以外还存在一个次高峰. 在损伤演化后期, 受到贯穿作用的影响, 损伤度增量随空间的分布也是不连续的, 贯穿区域损伤度迅速增加, 损伤度曲线的次高峰特征消失. 关键词： 高纯铝 冲击波 损伤演化 空间不连续性     

陶瓷和仿珍珠母陶瓷/聚脲复合结构的冲击损伤对比

建立了陶瓷梁受平头弹撞击的有限元模型,模拟了其冲击损伤演化过程,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的合理性。在此基础上,建立了仿珍珠母陶瓷/聚脲复合梁受相同弹体撞击的有限元模型,将其损伤演化过程与陶瓷梁进行了对比,并且分析了弹体撞击速度对两者损伤过程的影响。结果表明:在高速撞击下,陶瓷梁的损伤呈锥状扩展,梁发生整体性破坏,而仿珍珠母复合梁的损伤沿纵向(冲击方向)呈圆柱状扩展,梁发生局部性破坏,能更好地保持结构完整性;随着弹体撞击速度的增加,陶瓷梁的损伤范围加大,损伤程度加剧,而仿珍珠母复合梁的损伤范围在撞击速度高于一定值后变化不大,仅损伤程度增加。     

Compressive Behavior of TATB Grains inside TATB-Based PBX Revealed by In-Situ Neutron Diffraction

We investigate the(002)lattiee strain evolution of triaminotrinitrobenzene(TATB) grains inside one TATB-based plastic bonded explosive(PBX) through the in-situ neutron diffraction. By comparing the untreated specimen with the thermal-treated one, it is found that the volume-average response of measured TATB grains remains nearly elastic during quasi-static uniaxial compression. The observed changes in TATB(002) lattice strains correlate tightly with the evolution of damage. A damage parameter defined by the macroscopically determined residual strain is further used to describe the damage degree of PBX, which suggests that the compressive behavior of TATB-based PBX is significantly influenced by the damage evolution.     

非一维应变冲击加载下高纯铜初始层裂行为

提出了一种锥形靶层裂实验新方法,开展非一维应变冲击条件下高纯铜初始层裂行为实验研究,讨论了锥形靶内部损伤分布特征及其与自由面速度典型特征之间的内禀关系.结果显示:1)初始层裂的锥形靶内部出现了连续损伤区,损伤区扩展方向与锥面平行,从锥底到锥顶呈现了不同的损伤状态,从微孔洞独立长大到局部聚集,最后形成宏观裂纹,这种损伤状态分布特征归因于锥形靶内部拉伸应力幅值和持续时间的空间演化;2)通过锥形靶横截面损伤度定量统计分析,揭示损伤演化早期的微孔洞成核与早期长大过程是随机的,而损伤演化后期的微孔洞聚集过程具有显著的局域化特征;3)不同位置处实测的自由面法向粒子速度剖面呈现出典型的层裂Pull-back信号,但是通过与内部损伤分布特征对比,揭示基于Pull-back速度获得高纯铜层裂强度本质是微孔洞成核阈值应力,Pull-back回跳速度斜率反映了损伤演化速率,Pull-back回跳幅值与损伤度引起的应力松弛密切相关.     

加载应力幅值对高纯铜动态损伤演化特性研究

研究了加载应力幅值对延性金属高纯无氧铜动态损伤演化特性的影响. 层裂实验在一级轻气炮上开展, 利用不同的飞片击靶速度实现不同加载应力幅值(2.5 GPa, 2.75 GPa和3.75 GPa), 采用DISAR位移干涉诊断技术测量样品自由面的速度剖面, 利用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术测试软回收的样品截面. 结果显示: 随着加载应力幅值的升高, 层裂强度几乎没有变化, 但自由面速度剖面上Pull back信号后的回跳速率和幅值显著增大, 损伤演化速率显著升高.进一步分析表明: 延性金属动态损伤演化过程中微孔洞成核对加载应力幅值单一因素不敏感, 但加载应力幅值是微孔洞长大和聚集的主导因素之一.     

Equilibrium point damage prognosis models for structural health monitoring

Most structural dynamic systems are of high order; however, they often exhibit phenomena that can be dealt with effectively using low order models. This paper presents a method for describing certain kinds of damage evolution in mechanical systems. The method relies on a simple principle that as damage evolves in a structural dynamic system, the damage indicator (i.e., diagnostic feature) behaves like a stable quasi-stationary equilibrium point in a subsidiary non-linear bifurcating system within the so-called damage center manifold. It is shown that just as linear normal modes govern the behavior of linear structures with idealized damping, so too do non-linear normal forms govern the evolution of damage within structures in many instances. The method is justified with citations from the literature on certain types of mechanical failure and then applied in an experimental case involving reversible damage in a bolted fastener. Off-line experiments on a rotorcraft fuselage show that the evolution of damage is sensitive to both temporal and spatial bifurcation parameters. A diagnostic sensing strategy whereby output-only transmissibility features are used to decrease the order of high order structural dynamic measurements is also described.     

Simulation of damage accumulation kinetics with a probabilistic cellular automaton

The kinetics of damage accumulation and the evolution of damage clusters in loaded materials are simulated with a probabilistic cellular automaton controlled by three probabilities, namely, by the probabilities of free-cell occupation, cluster perimeter growth, and coalescence of clusters separated by a critical distance. The automaton algorithm is realized with Microsoft Visual Basic 6.0 as a single-document Windows application connected with Microsoft Excel, which is used as an automaton client to save and process output data. The operation of the automaton is illustrated by the example of the kinetics of damage accumulation and the evolution of a damage cluster structure compared for two simulation scenarios.     

铝锂合金材料损伤演化方程和层裂准则的研究

 通过平板撞击实验对铝锂合金层裂现象进行实验研究。以细观统计和唯象分析相结合的思想,提出了一种新的微孔洞型损伤演化方程,方程同时计及了孔洞长大、成核以及材料可压缩性的耦合效应对损伤演化的影响。在一维应变波模拟程序中嵌入考虑损伤演化影响的铝锂合金本构方程和状态方程,模拟平板撞击过程靶板自由面质点速度时程曲线,并与实验曲线相对比,得到了铝锂合金材料损伤演化方程及其层裂准则的相关参数。     

高纯铜初始层裂的微损伤特性研究

本文对平面冲击加载下高纯铜初始层裂的微损伤特性进行了研究. 利用准三维的表面轮廓测试技术, 对冲击加载“软回收”的样品截面进行测试. 通过对测试数据的重构、量化和统计分析, 结果表明: 拉伸应力持续时间和加载应力幅值的增加, 都会加剧样品内部损伤局域化程度. 样品内损伤区域宽度是亚微米尺度的损伤演化的结果, 并且亚微米尺度的演化速率随着拉伸应变率的增加而单调递增. 通过统计获得了样品内微损伤的尺寸分布特征, 并分析了其与损伤演化进程的关联.