金属-炸药界面脱粘缺陷的多次超声脉冲反射检测及成像

金属-炸药粘接界面的结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为实现金属-炸药界面脱粘缺陷的高灵敏度检测,研究了基于多次超声脉冲反射的检测和成像方法,计算分析了铝、虫胶、黑索今（RDX）炸药3种介质的声阻抗以及粘接界面的超声反射特性,进一步针对不同胶层厚度和人工预制脱粘缺陷试件提取和分析了3次回波信号,讨论了不同胶层厚度对脉冲多次回波幅值的影响规律。实验结果表明,铝-胶界面、铝-水界面的反射波幅值差异明显,一次与多次回波均能有效区分有无胶层的区域,铝-胶界面引起的声衰减在多次回波中持续累加。随着胶层厚度增加,铝-胶和铝-水界面的声衰减特性差异在超声多次回波中体现的累加效应逐渐减弱。人工预制缺陷检测实验结果表明,多次超声脉冲反射法可以检出最小圆形Φ1.5 mm和矩形1 mm宽的脱粘缺陷。     

TiB2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料界面结构与防弹机理

为了不断提升装甲车辆的防护效能,采用超高重力场反应加工技术,实现TiB₂基陶瓷与Ti-6Al-4V的熔化连接,制备出TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料。通过X射线衍射（XRD）与场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察、残余穿深（DOP）实验及数值理论分析,研究其界面结构对防弹性能的影响。XRD和FESEM结果表明,在TiB₂/Ti-6Al-4V的连接界面上,TiB₂、TiB陶瓷相自陶瓷侧逐渐过渡至钛合金侧,呈现梯度复合特征。经对TiB₂基陶瓷与TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料进行DOP试验,二者防护系数分别为3.05和7.30. 相比于TiB₂基陶瓷,TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料的防弹性能大幅提高。陶瓷与钛合金连接区的梯度复合结构缓解了TiB₂/Ti-6Al-4V之间声阻抗失配状况,提高其剪切强度,在表观上使防弹性能得以显著提升。     

胶结复合结构超薄胶结层低频超声类兰姆波定征方法

本文采用超声耦合剂耦合方式,结合超声漏类兰姆波频域分析方法获取复合结构类兰姆波频散曲线,提出以频散特性为基础的低频超声类兰姆波定征方法和在最小二乘意义下以频散曲线为基础的反向算法对胶结复合结构超薄胶结层进行了参数估计.文中分析了影响估计准确性的各种因素,研究了低频超声类兰姆波定征方法对超薄胶结复合结构胶结层各参数的灵敏度及其在误差传递中的意义.实验结果证实,对于铝/不锈钢胶结复合结构,该方法能够准确估计厚度小到112μm的胶结层的声学参数.     

固体火箭发动机粘接界面参数识别与损伤破坏数值模拟

为了研究固体火箭发动机粘接界面的损伤破坏过程,按照QJ2038.1A-2004制作了固体火箭发动机矩形粘接试件,对粘接试件进行了单向拉伸试验,获得了粘接试件的损伤破坏模式。根据粘接试件损伤破坏特点,建立了粘接试件的有限元数值模型,采用基于分步反演与Hooke-Jevees优化算法结合的反演方法,准确地获取了推进剂/衬层/绝热层界面混合模式下双线型内聚力模型的相关参数,将其应用于粘接试件拉伸试验损伤破坏过程的数值模拟中。研究结果表明:粘接试件主要的破坏形式为推进剂/衬层/绝热层界面处的脱粘;提出的反演识别方法能够较好地获取固体火箭发动机的界面相关参数,拉伸速度为2 mm·min^-1时,固体火箭发动机粘接界面的初始模量、最大粘接强度、断裂能分别为0.86 MPa、0.63 MPa、3.13 kJ·m^-2;推进剂/衬层/绝热层界面的损伤导致粘接试件的应力随应变增加的速率减慢,人工脱粘层尖端处界面的起裂,并且沿试件中央扩展,最终贯穿粘接试件是粘接试件主要损伤破坏模式。     

多界面粘接检测界面回波的提取

多界面粘接的结构,由于结构复杂,界面层次多,界面回波信号不易分离给超声粘接检测造成很大的困难.文章针对这一情况,以多层钢/橡胶交替层叠而成的粘接结构为研究对象,研究多界面粘接检测回波信号的分离,采用常数分离法和自适应分离法对回波信号进行界面回波分离,并确定出各界面回波信号位置和幅值.这两种分离方法都能有效地分离出界面回波信号,将这两种方法结合使用,能够得到更好的效果.     

纳米碳酸锶/高氯酸铵复合粒子的制备及其撞击感度和热分解性能研究

利用超声辅助共沉淀法制备纳米碳酸锶（SrCO₃）,通过溶剂-非溶剂法制备纳米碳酸锶/高氯酸铵（SrCO₃/AP）复合粒子。采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪(XRD)分别对纳米SrCO₃的形貌、粒径、晶型和纳米SrCO₃/AP复合粒子的复合效果进行表征。对纯AP和纳米SrCO₃含量分别为2%、4%、6%的SrCO₃/AP复合粒子进行撞击感度测试;采用差示扫描量热仪分别对纯AP、纳米SrCO₃/AP复合粒子和相同比例的纳米SrCO₃与AP的简单混合物进行热分析。通过马弗炉将纳米SrCO₃/AP复合粒子分别在350 ℃和500 ℃下煅烧1 h,对煅烧后的产物作XRD表征,研究纳米SrCO₃的作用机理。结果表明：采用超声辅助共沉淀法制备出的纳米SrCO₃为类球形,粒径在60 nm左右,晶型为斜方晶系;制备出的纳米SrCO₃/AP复合粒子中,微米级的AP表面均匀分布着纳米SrCO₃,纳米SrCO₃的加入会使AP的撞击感度增加;通过两种不同方式添加的纳米SrCO₃均能升高AP的高温分解峰温度,对AP的低温分解没有影响;与纳米SrCO₃和AP的简单混合物相比,纳米SrCO₃/AP复合粒子中AP的高温分解峰值温度升高6.02 ℃,将纳米SrCO₃与AP进行复合后可以提高纳米SrCO₃对AP高温分解的负催化作用。     

Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe₂O₃界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^-2和3.02 J·m^-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe₂O₃表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al?O离子键作用。     

超细亚铁氰化铅/高氯酸铵复合粒子的制备及热分解、防团聚性能研究

为提高高氯酸铵（AP）的分解性能,改善AP的团聚问题,采用配位沉淀法合成亚铁氰化铅（Pb₂Fe(CN)₆）,并通过立式搅拌球磨机对其进行粉粹纳米化,分别采用直接研磨法、超声辅助法、溶剂非溶剂法3种不同的方法制备超细Pb₂Fe(CN)₆/AP复合粒子。通过扫描电镜、激光干法粒度仪、X射线衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热对所制备的复合粒子形貌、粒度分布、晶体结构、热分解性能进行表征,并研究了样品的防团聚性能等。结果表明：溶剂非溶剂法合成复合粒子形貌为准球形,粒径约8 μm,分散较为均匀,复合效果较好;AP在纳米Pb₂Fe(CN)₆的催化下,直接研磨法所制备的复合粒子高温分解温度由原来的446.3 ℃降低至390.4 ℃,超声辅助法降低至391.2 ℃, 溶剂非溶剂法降低至379.1 ℃;Pb₂Fe(CN)₆/AP复合粒子较纯AP高温分解活化能降低了14.2%,速率常数提高了28.6倍;Pb₂Fe(CN)₆与AP复合后能有效地阻止AP 的团聚,同时Pb₂Fe(CN)₆/AP 复合粒子相比于同粒径的纯AP松装堆积密度提高了6.16%,振实堆积密度提高了10.4%.     

TiB2-B4C复合陶瓷动态压缩特性研究

为分析TiB₂-B₄C复合陶瓷的静动态力学性能及添加剂TiB₂的影响机制,设计了静动态压缩实验和平板撞击实验,开展了复合陶瓷在不同应变率下的动态压缩特性研究。结果表明：一维应力波加载下TiB₂-B₄C复合材料具有陶瓷材料的脆性特征,应力-应 变曲线呈典型的线性关系;由一维应变加载下试样的自由面速度历程可知,复合材料的Hugoniot弹性极限在14.98~16.91 GPa之间,且随着应变率的增加而增加;应变率低于10³ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的动态压缩强度高于单相B₄C和单相TiB₂陶瓷,且具有正相关的应变率敏感性,复合材料强度的提升得益于微观结构的改善,而应变率敏感性主要受添加剂TiB₂的强化增韧媒介影响;然而,应变率高于10⁴ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的Hugoniot弹性极限接近基体B₄C陶瓷,而受添加剂TiB₂的影响较小。     

氧化铝涂层对Al2O3f/SiO2复合材料弯曲性能的影响

以氧化铝纤维为增强体,采用缠绕成型工艺制备氧化铝纤维/石英基体(Al₂O_3f/SiO₂)和氧化铝纤维/氧化铝涂层/石英基体(Al₂O_3f/Al₂O₃/SiO₂)氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。测试1200℃下的弯曲强度,用电子显微镜(SEM)观察断口微观形貌。结果表明:氧化铝涂层可有效抑制石英基体与氧化铝纤维间的强结合,在1200℃下弯曲强度为143 MPa,远高于无氧化铝涂层的Al₂O_3f/SiO₂复合材料的弯曲强度(75 MPa)。     

固体火箭发动机装药界面胶接质量超声波检测

在钢-橡胶胶接中,胶层缺陷的存在会改变入射声波能量在胶接界面的分配。利用超声板波诱发波检测技术,对固体火箭发动机装药界面胶接质量进行检测。结果表明,采用该检测方法不仅可以直观地检测各界面的胶接质量,同时还可以检测第一层橡胶材料(如绝热层或包覆层)的厚度。     

粘接层厚度对粘接质量超声检测的影响分析

根据超声波在多层介质中的透射模型,分析介质层厚度变化对声压透射率及衰减的影响趋势。结合钢/环氧树脂/铝粘接结构粘接质量的超声检测结果,分析粘接层厚度的微小变化对粘接质量超声检测的影响。理论分析与实验结果均表明,粘接层厚度的微小变化对检测结果能够产生较大影响。     

负压条件下柱形爆炸罐内爆炸波传播规律

为分析负压条件下柱形爆炸罐内爆炸波的传播特性,自行设计尺寸为320 mm× 430 mm的 可调真空度柱形爆炸罐,开展不同真空度条件下的内爆实验。通过内爆实验研究,获得了不同真空度下爆炸波的传播速度u、超压Δp、比冲量i、相对压力因子α和相对比冲量因子γ等爆炸波参数。结果表明：罐体内真空度的改变对爆炸波传播状态产生了显著影响,罐体内初始压力降低时,爆炸波超压和比冲量均有不同程度的衰减;当罐体内初始压力由常压降低至0.1 atm时,第1个爆炸波超压Δp₁的相对压力因子α_1max为2.41,第2个爆炸波超压Δp₂的相对压力因子α_2max为 1.64;第1个爆炸波比冲量i₁的相对比冲量因子γ_1max为6.97,第2个爆炸波比冲量i₂的相对比冲量因子γ_2max为3.14;α和γ分别反映了爆炸波超压和比冲量的衰减程度,α和γ的值越大表明爆炸波超压和比冲量衰减得越快;爆炸波的传播速度会随着初始环境压力的改变而发生变化,初始环境压力越低,爆炸波的传播速度越快。     

钢-铅黏接件超声检测的数值模拟与分析

为解决钢-铅黏接结构件中黏接状态的无损检测难题,基于超声声线法仿真软件研究超声信号在钢层、黏接层、铅层的传播特性,对其传播路径及声压变化进行数值模拟分析,得到不同黏接状态下的检测回波信号。结果表明:采用常规超声脉冲反射法对钢-铅黏接结构件进行检测时,黏接状态不同导致的回波信号差异很大程度上取决于始波脉冲信号特征。     

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学（SPH）法对单颗金刚石磨粒磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明：与普通磨削（CG）相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削SiC陶瓷时磨削力大于切削Al₂O₃陶瓷的磨削力。     

梯恩梯/萘共晶初始热分解的反应分子动力学模拟

ReaxFF反应力场在冲击起爆、爆轰等问题中的应用多围绕常规含能材料。利用增加了长程修正项E_lg的ReaxFF/lg反应力场对梯恩梯/萘（TNT/C₁₀H₈）共晶初始高温热分解进行模拟,并通过TNT单晶比较了C₁₀H₈对共晶整体反应特征的影响,利用指数函数及反应速率方程拟合得到共晶初级吸热反应和次级放热反应的活化能分别为35.7 kcal/mol和56.1 kcal/mol. 初级吸热反应的活化能与TNT单晶基本相同,而次级放热反应的活化能则远远高于TNT单晶,并且同温度条件下共晶次级反应放热量小于TNT单晶。拟合得到的反应物的衰减速率表明,C₁₀H₈的加入将抑制共晶内TNT的分解。产物识别分析显示初始产物为NO₂、NO和HONO,并且通过NO₂和TNT_—NO2,NO和TNT_—NO,HONO和TNT_—HONO分布数量的比较论证了固相共晶和TNT单晶的初始反应路径为双分子反应机制。共晶热分解最终主要产物为N₂,H₂O,CO₂和CO. 并且由于共晶内C₁₀H₈分子C—C键断裂所需的能量高于C—H键断裂所需的能量,C₁₀H₈分子的初始热分解路径为C—H键断裂,并且形成的H原子将促进共晶内H₂O的产率高于TNT单晶内H₂O的产率。     

微热量热法测定纤维及树脂基复合材料的比热容

为研究利用微热量热法测定纤维及树脂基复合材料的比热容,用焦耳效应建立微热量热仪的灵敏度曲线,在该仪器上测定了30～150 ℃标准品α-氧化铝的比热容,在此温度范围内α-氧化 铝比热测量值与文献值的最大相对偏差为2.41%,该方法具有较高的测量精度。利用微热量热仪测定了碳纤维及3种树脂基复合材料的连续比热容数据,并对测试结果进行了分析。结果表明：微热量热仪能准确快捷的测定纤维及复合材料的连续比热数据,纤维及复合材料比热容随温度有规律的变化。     

多厚度壳体发动机界面脱粘超声检测技术研究

文中针对多厚度壳体构件的自动化检测要求,提出了多界面脱粘的检测方案。采用横波对2mm、7mm厚壳体段的多界面粘接状态进行实验研究．并结合希尔伯特包络提取方法．实现了各界面特征信号的包络提取。并进行检测效果分析。     

超声C扫描绝热层粘接图像的分割识别

基于超声C扫描对固体火箭发动机内壁绝热层与壳体粘接状态检测的原理分析。提出了对检测所得的粘接状态图像的分割算法。实现了绝热层脱粘的自动化识别。实验和应用表明,该算法完全可行。