结晶特性与制造工艺对炸药件力学性能的影响

通过对塑料粘结炸药(PBX)在压制、热老化及贮存中炸药HMX、TATB和粘结剂F的性能变化规律的研究,揭示了加工和贮存条件对炸药件的力学性能的影响。得出如下结论:1)随着老化温度的提高,粘结剂F结晶度增加。TATB基PBX炸药经老化后力学性能没有明显变化,说明粘结剂结晶度和炸药颗粒度的变化对炸药总体性能影响不大。2)钢模压制的TATB基PBX药柱在经历多次温度循环后,TATB与粘结剂F界面的作用有所减弱,药柱内部产生由脱粘引起的缺陷,其力学强度下降。TATB基PBX药柱的力学强度与模量均随着环境温度的升高而呈下降趋势,而等静压成型能明显改善TATB基PBX的力学性能。     

炸药柱非限定热爆炸实验研究

对HMX/TATB系列配方和PBX 1的10mm 10mm、2 0mm 2 0mm、30mm 30mm炸药柱进行了非限定热爆炸实验 ,探讨HMX/TATB含量和几何尺寸对热爆炸临界温度的影响。结果表明 :TATB含量增加 ,炸药配方的热感度降低 ,炸药柱热爆炸临界温度增加 ,其增加趋势随TATB含量的增加而变得更加明显 ;炸药柱几何尺寸越小 ,影响越明显 ;线性拟合得到非限定炸药柱热爆炸临界参数,药柱半径r和热爆炸临界温度Tm 之间的关系式以及热爆炸延滞期t与临界温度Tm的关系式 ;计算获得PBX 1炸药柱非限定试验 4h不发生热爆炸反应的特征临界温度。     

HMX基多组分PBX结构和性能的模拟研究

用分子动力学(MD)方法，对HMX基含少量TATB、F2311(粘结剂)和石蜡(钝感剂)的4组分PBX的结构和性能进行模拟研究。为细致考察各组分对主体炸药的作用，对2组分体系(HMX/TATB, HMX/F2311和HMX/石蜡)也进行类似的MD模拟。为深入揭示钝感机理和钝感剂的作用，还对HMX和石蜡超分子体系的相互作用进行量子化学第一性原理DFT计算。此外，对纯HMX及以它为基的多组分PBX的爆热和爆速进行了理论估算。结果表明，各PBX的弹性较纯HMX的有所改善，以粘结剂组分对主体炸药的力学性能影响最大。各组分的加入均或多或少地降低主体炸药的爆热和爆速。钝感剂与HMX的相互作用很弱，PBX的钝感性不是由电子结构因素所造成。多组分PBX的理论配方设计需综合考虑各种复杂因素。     

一种基于材料细观特征量的PBX拉伸强度理论模型

为给塑性黏结炸药(PBX)的力学强度设计提供支撑、探索材料细观特征量与材料强度之间的定量规律,应用微裂纹扩展区理论,将PBX炸药的单轴拉伸过程中力学响应特征的变化归结为扩展裂纹取向角度的增加,将扩展裂纹最大取向角与拉伸强度相关联,构建了基于材料细观特征量的拉伸强度理论模型,并采用不同温度的单轴拉伸实验验证了该理论模型的有效性。研究表明:该拉伸强度理论模型可以实现对PBX炸药拉伸强度与炸药微裂纹密度、颗粒/黏结剂界面性能以及颗粒/黏结剂体系的表观杨氏模量、泊松比等细观特征量之间关系的定量描述。     

JBO-9021炸药的冲击起爆Pop关系

采用激光干涉测速技术和高速扫描相机,对新型钝感高能炸药JBO-9021（TATB、HMX和黏结剂的质量分数分别为80%、15%和5%）的冲击起爆Pop关系进行了研究。通过激光干涉测速技术获得了JBO-9021炸药冲击起爆过程中不同光纤探针处（即不同冲击波位置）的粒子起跳瞬时速度,结合未反应炸药的雨贡纽曲线,获得了粒子起跳点的冲击波压力;通过高速扫描相机获得冲击到爆轰距离,结合光纤探针所处位置,得到不同压力下JBO-9021炸药的冲击到爆轰距离,进而拟合出反映JBO-9021炸药冲击起爆性能的Pop关系曲线。结果显示,相对于TATB基PBX9502炸药和HMX基PBX9501炸药,JBO-9021炸药的冲击起爆性能更加优异。     

烤燃条件下HMX/TATB基混合炸药多步热分解反应计算

采用多步热分解反应动力学模型,描述单质炸药热分解反应,提出了多组分网格单元计算方法,对以HMX/TATB为基的多元混合炸药在烤燃条件下的热反应过程进行了计算。通过炸药烤燃实验测量了炸药内部温度,获得了炸药点火时间,验证了计算的准确性。分析了混合炸药组成比例的变化对炸药热反应性能的影响。在HMX/TATB混合炸药热反应阶段,主要是HMX发生分解反应释放热量,TATB的反应量很少,随着混合炸药中TATB含量的增多,炸药的点火时间逐渐增长,点火温度逐渐增高,炸药热安全性增强。     

混凝土板的冲切强度

基于混凝土强度的试验资料,首先建立了合理描述混凝土强度破坏特性的Lade-Duncan破坏准则,并将该Lade-Duncan破坏准则转化为等效的Mohr-Coulomb破坏准则.依据塑性上限分析理论和合理的混凝土板冲切强度破坏模式,求出了圆形和矩形分布荷载下混凝土板冲切强度的统一表达式.通过与已发表的研究成果、试验结果和规范公式相比较,论证了本文给出的混凝土板冲切强度公式的合理性.     

多组分PBX炸药细观结构冲击点火数值模拟

建立了炸药颗粒自由堆积三维计算模型,考虑了炸药颗粒尺寸和位置的随机分布、粘结剂对炸药颗粒的包覆和不同组分炸药颗粒间的级配;采用非线性有限元方法,对炸药颗粒由自由堆积到密实装药的压药过程进行模拟,构建了PBX炸药细观结构模型;对多元PBX炸药（HMX+TATB+Estane）细观结构冲击点火过程进行了计算,考虑冲击作用下炸药内部热力耦合作用和自热反应,计算不同组分比例混合炸药的冲击点火性能,分析了炸药组分对冲击点火的影响。研究表明TATB含量增加,混合炸药冲击感度降低。     

多元混合PBX炸药冲击起爆的多元Duan-Zhang-Kim反应速率模型研究

提出了多元混合PBX炸药孔隙塌缩热点模型新的处理方法，构建了新的细观反应速率模型，系列数值模拟结果与实验结果均一致，表明该细观反应速率模型可较好地描述和预测炸药组分配比及颗粒度对多元混合PBX炸药冲击起爆过程的影响。PBX炸药冲击起爆过程主要受热点点火过程和燃烧反应过程共同作用:HMX占主导成分的PBXC03炸药，起爆压力低，冲击起爆过程受热点点火影响较明显，热点点火后的燃烧反应速度较快，表现为加速反应特性；TATB占主导成分的钝感PBXC10炸药，起爆压力高，冲击起爆过程主要受点火后的燃烧反应过程控制，且点火后燃烧反应速度较慢，表现为稳定反应特性。     

软化Mohr-Coulomb材料强度参数的测定方法

为了得到试件的粘聚力和内摩擦角随轴向塑性压应变变化的曲线提出本方法。试件的弹塑性本构关系遵循相关联的Mohr-Coulomb强度准则;对常规三轴试验,试件受力进入塑性状态后,处在棱椎状屈服面的棱上,加载过程遵循Koiter流动法则。按经典塑性力学理论,推导得到轴向塑性压应变与轴向应力与轴向应变的关系;在常规三轴试验机上获得不同围压下试件的全程应力-应变曲线,进而可得到各自围压下轴向塑性压应变随加载过程的变化曲线;把来自不同围压下对应同一轴向塑性压应变的应力分别代入屈服面方程,即可求得对应的粘聚力和内摩擦角。结果表明,Mohr-Coulomb材料的两个强度参数的变化由轴向塑性压应变确定。轴向塑性压应变可以作为塑性变形的状态参数,它和试件的受力过程可以唯一确定试件的变形过程。     

一种适合于岩石材料的双剪模型

岩土类材料强度理论分为单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论。三类强度理论的典型代表是Mohr -Coulomb强度理论、Drucker-Prager准则和双剪强度理论。单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论都有其相应的单元模型 ,分析单元体上对单元体破坏起主要作用的应力 ,建立各应力分量之间的数学关系 ,形成岩土类材料的强度理论。本文分析岩石围压试验和真三轴试验下的破坏及强度特征 ,提出一种适合于岩石材料的双剪模型 ,与三类强度理论建模方法相同 ,可以得出一系列新的强度理论     

长管强约束条件下压装PBX炸药点火实验研究

为探究压装炸药PBX-A在较强约束条件下、在药柱一端使用点火药引燃后能否发生燃烧转爆轰，在传统DDT管的基础上重新设计了特定位置约束增强的厚壁钢柱壳管实验装置，利用多路PDV诊断技术，配套高速摄影记录对点火药引燃炸药实验过程中的柱壳膨胀、断裂特性等实验现象进行了全过程连续监测。对比由爆轰驱动的相同装药条件下实验现象及对应过程物理状态的区别，发现:爆轰实验和点火实验 的总反应时间历程存在数量级的差别；柱壳上各个测点速度历程反映出装置内部炸药反应引起的压力增长历程特征，以及炸药反应的传播过程均存在明显差异。分析表明，在较强约束条件下，典型压装炸药PBX-A在一端使用点火药引燃后的反应行为实际是以高温、高压反应产物沿装药缝隙对流，炸药表面的层流燃烧及其伴随的结构响应行为为主要表现形态；从反应压力水平及其增长的时间历程来看，炸药基体中没有形成冲击波，因而无法实现从冲击到爆轰的转变。     

PBX炸药的拉伸断裂损伤分析

采用巴西实验作为间接拉伸加载手段,研究了某PBX(polymer-bonded explosive)炸药试样拉伸作用下的断裂损伤特性.发展了PBX炸药的光学制备技术,获得了试样在光学显微镜下的细观表面形貌和断裂损伤形貌,结合高速摄影和数字相关分析技术获得了试样的形变和破坏过程.实验结果表明该PBX炸药的静态拉伸强度低于...     

高温下带金属壳PBX炸药低速撞击敏感性数值模拟

炸药撞击感度和热安全性是评价炸药安全性能的重要指标。为了对高温下炸药撞击敏感性变化规律进行可靠预测，本文中通过数值模拟，研究不同预加热温度下带壳PBX炸药装药在小弹丸低速撞击下的热力学响应，得到炸药点火前至点火阶段局部高温区的位置、形态、温度和应变随时间在炸药中分布的变化。结果显示，炸药发生点火的撞击阈值速度与烤燃温度的关系并非单一随温度升高而降低，而是在加热至348.15 K时达到最高；根据温度和应力应变云图分析可得，随着烤燃温度的提高，炸药强度下降，PBX炸药装药局部高温区快速升温的主导因素由局部剪切变为压缩。热软化对炸药的撞击敏感性起重要作用。     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

冲击荷载作用下简支圆板的塑性动力响应统一解

采用统一强度理论求解了简支圆板在中等脉冲荷载作用下的动力响应问题,得出了统一的动力塑性极限荷载、内力场和速度场,并给出了上限解和下限解。讨论了静力许可条件和运动许可条件。利用本文的解还得出了简支圆板在静力荷载作用下的极限荷载、内力场和速度场。根据选择不同的拉压比参数,本文所给出的解可以适用于各种拉压异性和拉压同性材料。Tresca解、Mohr Coulomb解和双剪统一屈服准则解是本文的特例,Mises解是本文当=1和b=0.5时的线性逼近。研究结果表明,拉压比和强度理论参数b对动力解的影响要大于对静力解的影响,所以,根据材料的不同选择合适的强度理论,对于更好的发挥材料的强度潜力,减轻结构的重量具有重要的意义。     

炸药裂缝燃烧增压过程的一维理论

为了深入理解炸药裂缝燃烧演化过程中的压力增长行为，提升对事故点火下武器装药向高烈度反应转变机制的认识水平，基于炸药预置裂缝燃烧演化压力历程分析，对某HMX基PBX炸药裂缝燃烧的增压过程开展了理论计算。采用气体动力学相关理论建立了简化的炸药燃烧产物流动模型，基于一维等熵流动假设预测了不考虑黏性和摩擦阻力情况下炸药预置裂缝的燃烧压力增长过程，计算结果显示压力增长阶段与实验结果定性符合，为理解炸药裂缝燃烧的增压行为提供了一种理论解释。