铝和铝-锂合金的爆炸烧结试验研究

 本文研究了纯铝粉和快速凝固铝-锂合金粉的爆炸烧结工艺，测量了烧结体的密度，观察了烧结体内的微观组织和断口形貌。试验用粉末材料为水雾化铝粉、氮气雾化铝粉和氩气雾化铝-锂合金粉。试验时把粉末材料装在包套内，粉状炸药装在包套外的纸筒内，炸药从一端起爆。根据文中给出的爆炸烧结工艺参数的设计原则，通过系统地试验，已获得Φ17×70 mm的铝-锂棒材和Φ100×100 mm的纯铝棒材，相对密度超过98%，无中心孔（马赫孔）。微观组织和断口形貌观察结果表明：颗粒之间已达到焊接结合，结合区是由超细微晶组成，颗粒内部仍保持原始粉末的急冷组织。试验结果还表明：包套最终运动速度、包套内径、粉末材料强度、粉末材料表面氧化膜的厚度都是影响爆炸烧结质量的重要因素。     

纳米陶瓷粉末在爆炸压实过程中的破碎行为研究

 在爆炸压实过程中，纳米颗粒所受冲击载荷发生显著变化的时间远远大于应力波传过颗粒特征长度所用时间；同时，陶瓷颗粒在爆炸冲击过程中主要表现为脆性。基于以上两个事实提出了弹性假设，推导了颗粒在压实过程中的受力状态。回顾了判断脆性材料破坏的三个准则，即Hugonoit弹性极限、动态屈服强度和理论剪切强度，并从这三种判据的交集值出发来判断爆炸压实过程中陶瓷颗粒是否有发生破碎的可能。通过具体计算得出颗粒内存在两个最大剪应力的位置：一个位置发生在距颗粒接触面0.5 nm范围以内，此处剪应力最大；另一个位置发生在距接触面较远处。这一结果为解释陶瓷粉末颗粒在爆炸压实过程中存在塑性行为和破碎行为提供了理论依据。     

爆炸粉末烧结颗粒间摩擦引起的界面温升研究

 针对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的摩擦效应提出了一种无夹角斜碰撞模型,分析了烧结过程中颗粒间摩擦力随温度的变化规律,借助于LS-DYNA有限元程序研究了冲击压力、颗粒大小、材料强度等因素对孔隙闭合时间的影响,给出了颗粒界面温升的表达式。研究结果表明,由摩擦引起的颗粒界面的温升与材料特性、颗粒度、冲击角度、冲击压力等因素有关,随材料的蓄热能力、传热能力和材料强度的增加而减小,并随着材料疏松程度、颗粒直径、冲击压力的增加而增加;在粉末颗粒直径和冲击压力不是太小的情况下,颗粒表面温度将达到材料的熔点。     

非晶合金条带的爆炸焊接

 报道了利用爆炸焊接技术对铁基、铁镍基非晶合金条带（厚度约25 μm）进行单层和多层爆炸焊接的结果。金相分析结果表明，条带间相互结合良好；X光衍射结果说明，焊接后的条带仍保持非晶态，即使采用表面已有部分晶化德条带进行焊接，焊接后仍转化为非晶态。这说明在焊接过程中条带表面已发生熔化，且冷却速度也可达10⁶ K/s量级。     

B_6O/TiB_2复合材料的高温高压反应烧结

以B和TiO2为初始原料,依据压力可抑制原子长程扩散的动力学效应,通过高温高压(4~5GPa,1 200~1 500℃)一步反应烧结法制备B6O/TiB2复合材料。当B和TiO2物质的量之比为14.0∶0.8时,在5GPa、1 200℃、保温30min条件下得到的烧结样品性能较好,非晶硼(纯度93%~94%)过量混合粉末样品的硬度最高约为29GPa,高纯晶体硼(纯度99.99%)过量混合粉末样品的硬度最高约为32GPa,相对密度可高达99%。实验结果表明:高压抑制晶粒过度长大,同时又有利于B6O的合成,使其合成温度比常压下有所降低;在高压反应烧结过程中,合成的第二相TiB2晶粒和样品中的非晶相有效地消耗了残余应力,起到了增韧作用。     

快速凝固高强铝合金粉的爆炸烧结

 本文介绍了高强铝合金粉的爆炸烧结试验，通过试验，现已能用爆炸法烧结成Φ20×60 mm的无中心孔且质量均匀的棒材，密度超过了理论密度的98%，金相组织分析表明：绝大部分粉末颗粒边界连接得很好，颗粒内部保持粉末材料的固有特性。     

环境温度对多相混合物爆炸特性影响的实验研究

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响,利用20 L球型爆炸罐,在不同环境温度(20～50℃)下,实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明:实验工况下,乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低;铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小;气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降,最大爆炸压力上升速率先升后降,存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳;气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降,在绝大部分易挥发物质汽化后,混合物下限趋于稳定。     

舰船水下接触爆炸数值研究

计及船体外板的材料强度,基于SPH算法建立水下接触爆炸数值模型,提出混合密度、广义光滑长度等解决数值模拟中计算崩溃的问题,对舰船的水下接触爆炸进行数值模拟,计算结果和冲击波基本理论及接触爆炸试验吻合良好.结果表明,接触爆炸时钢结构会产生圆形冲塞破口,其破口大小和炸药的厚度接近,当板与炸药的正则化厚度达1.8时,板仅会发生较大的塑性变形而不会冲塞破坏.并得到钢的反射系数约为1.2,及接触爆炸钢板的近似变形公式.     

燃料爆炸抛撒过程的实验研究

 通过高速录像对3种量级（5、20、50 kg）FAE装置的静爆实验进行了现场记录，通过对燃料爆炸抛撒形成云雾的成长过程的实时记录结果，把燃料的爆炸抛撒过程分为3个阶段：喷出阶段、过渡阶段和膨胀阶段，其依据是爆炸驱动力和气动阻力的相互作用而导致的云雾径向膨胀速度的变化；对于结构相似的FAE装置，爆炸抛撒各阶段结束时刻及最终的云雾直径与装填燃料量的立方根成正比，说明小型装置可以模拟大型FAE武器；此外对应于不同阶段结束时刻的云雾直径与装置直径的比值分别为5.5、30和45。     

电爆炸制备纳米铜粉及物相研究

采用电爆炸法制造纳米金属颗粒。分析了铜丝在电爆炸过程中的物态变化,即从固态、液态、气态到离子态;同时理论研究了纳米铜粉粒径大小及分布、成分组成与爆炸时的能量、铜丝的直径和铜丝长度的关系;定义了粒径均匀度,通过粒径平均大小和粒径均匀度比较,分析了纳米粒径的大小分布情况;通过X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM)对电爆炸制造出的纳米铜颗粒做了测定与定量分析。结果表明：铜粉的主要成分由氧化铜、氧化亚铜及单晶铜组成,各成分所占比例与爆炸缸内的真空度相关。纳米金属微粒的粒径平均值、粒径均匀度与铜丝长度、直径、充电电压、放电时间等因素相关。     

炸药颗粒压制成型数值模拟

 分析炸药压药过程中细观的力学行为,能够为改进压药工艺和提高炸药元件质量提供理论依据。建立了模压条件下炸药颗粒压制成型的计算模型。模型中炸药颗粒被认为是直径相同的球形颗粒,并按一定规律排列。利用非线性有限元计算方法,对炸药颗粒压制成型过程进行了数值模拟计算,分析了压制过程中炸药颗粒变形、受力和温度变化情况。结果表明：药粒在压缩中存在运动和变形两个阶段。在药粒运动阶段,应力集中主要出现在颗粒与约束面的接触部分;药粒进入了塑性变形后,药粒内部压力迅速升高且压力趋于一致。压缩过程中药粒温度升高,药床接近密实状态时,药床中心处药粒温度最高。     

炸药安全性的火箭橇实验研究

 采用双轨火箭橇加载装置,对PBX-1炸药结构件进行了“靶打弹”撞击实验,采用PVDF计和压电石英计,测量炸药中入射压力和反应压力的变化情况;通过高速摄影和大画幅照相,观察了炸药件受撞击后发生反应的直观图像和靶、弹撞击的细节过程;利用冲击波超压传感器,测量了炸药反应后的超压曲线,并估算了其相对能量释放率。初步实验结果表明,当入射压力为0.48 GPa时,炸药发生部分爆炸,相对能量释放率约为51.8%。     

含铝炸药水下爆炸性能的实验研究

对RS211、HL-1、HL-2这3种含铝炸药和TNT炸药进行了水下爆炸实验,测量了4种炸药水下爆炸冲击波压力剖面和气泡脉动周期,获得了4种炸药水下爆炸冲击波的峰值超压、冲量、能量和气泡能。实验结果表明,在所研究的范围内,与TNT炸药相比,含铝炸药的冲击波能量有明显增加,约为TNT炸药的1.20～1.35倍,气泡能有显著增加,约为TNT炸药的1.50～2.30倍,表明在炸药中加入铝粉对于提高炸药水中爆炸威力是有益的。     

W-Cu合金力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了W-Cu_x(x=6.25,12.5,18.75,25,31.25,37.5,43.75,50)合金的晶格参数、体模量、剪切模量、杨氏模量等力学常数,还计算了焓变值、能带结构、电子态密度和电荷布局,研究Cu不同含量对W-Cu合金力学性能的影响.结果表明：Cu的添加会增加W基体触头材料的可塑性,韧性大小随着Cu含量的升高而增加,在掺杂比例为43.75%时达到最大值,韧性增加使得产生微裂纹的概率减小;另外还计算了W-Cu合金的态密度、能带结构和电荷布局,结果表明随着Cu含量的增加,共价性降低,金属性增强,便于加工成型.     

FAE装置参数对燃料抛撒与爆炸威力影响的实验研究

 采用高速运动分析系统对FAE实验装置爆炸抛撒过程进行观测,描述了燃料抛撒过程的不同阶段,实验研究了比药量、长径比、壳体材质等装置参数对燃料抛撒与爆炸威力的影响。结果表明,燃料抛撒过程可分为射流形成与扩散运动阶段、燃料两向膨胀运动阶段和气液融合运动阶段。不同阶段对应不同的流体动力学特征,对云团形成的贡献不同。在实验装置总体优化条件下,适当增大比药量可提高云团覆盖面积与体积;在实验范围内长径比不是影响云团状态的显著因素,但长径比较大时可使燃料抛撒均匀性更好;采用钢质壳体时云雾抛撒状态明显优于铝质壳体。实验证明,采用碳钢壳体、比药量3%左右、长径比为3~5且装置参数良好匹配时,可获得理想的云团状态和高威力爆炸波毁伤效应。     

炸药水下爆炸能量输出特性试验研究

为了解炸药水中爆炸能量的输出特性,特别是冲击波能随距离的衰减规律,对有效比冲能进行了研究。经过理论推导发现,传统的有效比冲能计算公式仍然满足相似律。TNT炸药水下爆炸试验结果表明,炸药的有效比冲能、比气泡能和总能量的测量结果与经验公式计算结果吻合较好。通过对试验结果进行分析,拟合得到了有效比冲能随距离变化的趋势线。对比经验公式结果,发现在小药量试验中冲击波能随距离的衰减更明显。     

爆炸焊接参数的计算机辅助设计

 根据爆炸焊接理论，综合分析了相关爆炸焊接参数的计算方法，利用Visual C++语言编制了爆炸焊接参数计算机辅助设计程序，该程序采用菜单和视图形式对输入、输出命令结果进行操作，方便直观。与有关实验结果的对比表明，计算所给出的焊接窗口及最佳焊接参数具有很高的准确度。爆炸焊接CAD方法对于减少实验次数，摆脱经验设计方法，选择最佳焊接参数将是非常有用的工具。