高温下奥克托今单晶的冲击响应特性

为研究高温下奥克托今（HMX）单晶的冲击响应特性,设计一种能够在平板撞击实验前对炸药单晶加热的装置并利用该装置进行323 K、373 K和423 K初温下HMX单晶平板撞击实验。通过激光速度干涉仪系统（VISAR）获取HMX单晶与窗口界面粒子速度历史曲线,并采用波阻抗匹配原理获得相应弹塑性力学参数。实验结果表明：在约300 m/s撞 击速度下,不同初温单晶与窗口界面粒子速度历史曲线均表现出弹黏塑性双波结构;在较低初温（323 K、373 K）时,Hugoniot弹性极限相差不大,无明显温度相关性,其变形机制无明显变化;在较高初温（423 K）时,Hugoniot弹性极限增大,表现出热硬化效应,其变形机制可能由热激活变为声子阻力控制。     

冲击作用下CL-20/HMX共晶力-热-化学耦合响应的动力学模拟

为分析CL-20/HMX共晶和HMX冲击波感度接近的机理,采用反应分子动力学方法(ReaxFF-MD),探讨了有无缺陷CL-20/HMX共晶在冲击加载下的力-热结构变化和初始化学反应,通过动量镜原理与最大压缩点吸收波阵面相结合方式,分析了快速结构响应和随后缓慢化学反应过程。结果表明,冲击加载无缺陷CL-20、HMX和CL-20/HMX共晶时,CL-20的分解速度比HMX快,CL-20/HMX共晶的分解速度与HMX接近;与沿CL-20/HMX共晶[111]晶向加载相比,沿[100]晶向分解更快,这与CL-20和HMX分子层的交替排布及滑移等因素有关。以2 km·s-1的质点速度沿[100]晶向冲击加载含Φ20 nm孔洞的CL-20/HMX共晶时,孔洞周围结构没有产生射流现象,而是粘塑性收缩过程。孔洞塌缩形成的高温高压条件和结构上的粘塑性变形有效促使CL-20和HMX分子发生快速分解,孔洞塌缩新热点的形成进一步增强了冲击加载过程。     

高冲击压力下93W合金的位错亚结构及其硬化特征

采用宏观与显微硬度测量及位错亚结构观察分析相结合的方法对 93W合金真空退火处理态材料在爆炸冲击作用下的硬度变化及其机理进行了研究。发现 ,随着冲击压力的提高存在着一个由冲击硬化到软化的转化压力。该转化现象被位错亚结构随冲击压力的演化所证实。分析表明 ,在爆炸冲击下 ,材料剧烈的塑性变形效应在压力较低时应变硬化占主导地位 ,高冲击压力时塑性功转化为热所引起的温升 ,以及钨颗粒内部新相析出是导致合金软化的根本原因     

HMX晶体颗粒微结构的原位变温X射线小角散射

为了研究温度作用下奥克托今(HMX)晶体的微结构演化和热安定性,使用原位变温X射线小角散射(SAXS)和广角散射(WAXS),对比研究了平均粒径为5μm和20μm两种HMX晶体颗粒的缺陷演化和相变行为。WAXS结果表明,HMX(5μm)的β→δ相变起始温度为194℃,比HMX(20μm)的相变起始温度高8℃。Guinier定理拟合分析表明,两种HMX晶体在150℃均开始生成微缺陷,其回转半径约为0.9 nm;随温度升高,微缺陷的体积分数增加,高温下生成的微缺陷在降温过程不会消失;HMX(20μm)的微缺陷含量高于HMX(5μm)。微缺陷的累积会导致HMX晶体内部生成微裂纹,甚至发生开裂。SAXS、WAXS和扫描电镜观测结果均表明HMX(5μm)具有更为优异的热安定性。讨论了微缺陷的生成机制,以及微缺陷对HMX感度的潜在影响。     

360 nm紫外激光辐照下HMX晶体的微观结构变化

为了研究奥克托今(HMX)晶体的激光辐照效应,采用多种技术手段表征了HMX晶体在360 nm紫外激光下的微观结构演化.光学显微镜下观察了激光辐照下HMX晶体内部的缺陷积累直至细化开裂的过程.通过对原位拉曼光谱分析发现HMX吸收紫外光子后会激发HMX分子,引起环的振动.采用原位广角X射线散射(WAXS)、单晶衍射(SCXRD)和原位小角X射线散射(SAXS)技术研究了HMX在紫外激光辐照过程中的晶体变化及缺陷演化,发现HMX不会发生相变但会细化并产生新的缺陷.原位SAXS结果表明,激光辐照1170 min后HMX孔隙不断增多,并在10～20 nm和30～40 nm两个区域呈双峰分布.激光辐照过程中HMX的小尺寸孔隙不断增多并逐渐融合成更大尺寸的孔隙,缺陷不断累积,微孔隙延伸成微裂纹,再扩展成宏观裂纹.     

奥克托今基和太安基两种炸药片静电放电响应特性研究

为研究成型炸药在静电放电作用下的响应特性,采用JGY-50静电火花感度仪,建立了可模拟击穿放电和表面放电两种放电情形的实验装置,对两种较为典型的奥克托今（HMX）基和太安（PETN）基炸药片进行了实验研究。研究发现：炸药片对静电的响应主要是热效应和冲击效应相互作用的结果。对于实验中偏脆性的HMX基炸药,静电的冲击作用效应较为明显。而对于实验中偏塑性的PETN基炸药,静电的热作用效应更为明显。在较高静电放电能量（3.43 J）作用下两种炸药片均未发生爆炸反应。分析认为这主要是由于成型炸药密度较高,且渗透性低,不利于静电放电能量的耦合以及反应后形成对流燃烧,致使反应无法自持而最终熄灭。     

动态加载条件下冷轧5A06铝合金显微组织研究

以80%冷变形5A06铝合金为试验材料,利用分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)进行动态冲击压缩试验,探讨高速形变响应规律,分析其动态力学行为;利用透射电子显微镜技术观察位错界面结构的变化,分析位错界面的高速形变响应。结果表明:预变形5A06铝合金在塑性变形前已发生绝热剪切行为,致使合金强度下降;初始位错界面成为高速形变过程中位错滑移的主要障碍;冲击前后,位错界面结构方向由与轧向平行演变为与轧向呈10°~20°夹角,位错界面间距由0.25μm演变为0.10~0.15μm。     

考虑边界滑移和惯性效应的磁流变液缓冲器特性分析

为满足某埋头弹火炮反后坐装置对不同弹种发射时的可调节适配性,并在满足最大后坐力的同时减小最大后坐位移,提出了一种基于多级环形通道的磁流变液缓冲器。利用有限元方法分析了缓冲器磁路,得出了阻尼通道平均磁感应强度与励磁电流的关系;利用安东帕流变仪测试数据,辨识了磁流变液在零磁场和磁场下的模型参数;建立阻尼通道中磁流变液的流动微分方程,在考虑惯性项和边界滑移条件下,得出了阻尼通道内磁流变液的流速分布特征,推导了缓冲器的阻尼力与活塞速度之间关系;根据理论研究结果,制作磁流变液缓冲器,构建了落锤冲击实验台,并进行不同冲击速度的冲击实验。研究表明：不同惯性效应和边界滑移条件下磁流变液流动速度分布规律相似,但流动速度峰值不同;边界滑移系数为0.000 1时磁流变液缓冲器的理论缓冲力与实验值接近;在冲击速度为1.55 m/s、电流从0 A变化到3 A时,缓冲力峰值增大了15 000 N;在冲击速度为1.90 m/s、电流从0 A变化到4 A时,缓冲力峰值增大了25 000 N.     

烤燃作用下的HMX单晶各向异性力学响应及相变

为研究奥克托今(HMX)单晶的固态相变对变形的影响,在考虑非线弹性和位错理论的晶体塑性本构基础上,发展了考虑温度相关相变的晶体塑性本构(β→δ相变)。利用有限元计算程序ABAQUS和子程序的软件代码VUMAT,模拟了相变在烤燃下的演变过程。结果表明,相变是可逆的,但是路径却不同。当晶体从δ相变为β相时,样品中有残余应力和应变产生。此外,当发生β→δ相变时,会有裂纹产生,并且裂纹不会消失。温度均匀化有利于发生相变,且相变的传播与温度的传播一致。β→δ相变会导致体积的膨胀,且由于δ相的热膨胀系数比β相大,相变后体积膨胀会更快,因此会导致内应力的快速增大,从而启动滑移系。由于HMX单晶的各向异性热膨胀,相变后晶体在第三主方向上更容易生成裂纹,从而容易形成热点,因此β→δ相变会导致HM X晶体在烤燃下更加敏感。     

AgCu板爆炸硬化试验研究

通过爆炸冲击载荷作用对AgCu板表面硬化效应进行试验研究。试验采用梯形布药方法获得单位面积AgCu板在不同爆炸冲击载荷后与其表面硬化程度的关系曲线。通过检测硬化后AgCu板表面硬度、耐磨性等主要指标,均表现出突出的硬化效应和耐磨效果。通过对其表面组织进行微观分析,得出硬化层是由晶粒细化、大量形变孪晶、位错缠结、析出相阻碍位错运动等综合因素引起。     

HMX分子与晶体结构性能研究进展

奥克托今(HMX)是目前使用最广泛的含能材料之一。本文综述了HMX的两种分子构象结构、电子结构性质、分子热稳定性以及HMX基晶体的堆积结构和热稳定性的研究进展。从分子角度、晶体堆积结构分析了HMX分子构象稳定性和HMX基晶体热稳定差异的本质,比较了不同分解机理的动力学和热力学数据。认为探索HMX不同晶型转化机理和热力学性质,制备新型HMX共晶并深入理解其形成机制,以及建立更准确的模拟计算方法是未来的研究重点。     

球形化HMX颗粒的晶体品质与性能

分别采用激光粒度仪、光学显微镜、高效液相色谱、X-射线衍射等方法对球形化处理前后的奥克托今(HMX)颗粒的形貌、化学纯度、晶体缺陷等晶体品质进行了表征,采用TG-DSC和5 s爆发点实验研究了其热性能,测试了其撞击感度、摩擦感度和静电感度.结果表明,球形化HMX颗粒基本为球形,表面光滑,颗粒透光均匀,内外缺陷少,热稳定性提高,颗粒密度分布集中,以HMX为基的浆状炸药的流散性明显改善,机械感度和静电感度变化不明显.     

铝－锂单晶体的形变硬化行为

研究不同时效状态的二元Ａｌ－Ｌｉ单晶体不同温度的变形行为，结果表明：固溶态和欠时效态在温度不超过２９３Ｋ的反常流变行为，是由Ｌｉ原子的动态应变时效作用引起的；而温度高于２９３Ｋ，Ｋ－Ｗ锁等决定了欠时效态的形变硬化行为；过时效态的临界分切应力及形变硬化率，随温度的变化可能与Ｏｒｏｗａｎ机制和Ａｌ３Ｌｉ粒子被位错环切割有关。     

2，4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药宏细观烤燃响应特性数值分析

2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)熔铸炸药在烤燃过程中会发生DNAN熔化、HMX晶型转变等特征现象。为研究其烤燃响应特性,发展了DNAN熔化-化学反应动力学模型,结合HMX四步化学反应动力学模型,从宏观和细观尺度研究了DNAN基熔铸炸药的熔化、晶型转变及点火响应。宏观计算结果表明：DNAN在约377.00 K熔化,HMX在约450.00 K晶型转变,点火温度为531.34 K,点火位置位于装药上下端面与侧面夹角处环形区域,计算点火时间与实验结果误差为0.5%。基于宏观点火区域进行细观计算,发现点火位置位于HMX炸药晶粒,并得到DNAN熔化、HMX晶型转变等细观分布演化规律,即不同时刻,液相DNAN统计分布呈U形分布,δ-HMX近似正态分布。表明DNAN基熔铸炸药烤燃宏细观数值计算对深入理解含能材料的热点火机理具有重要意义。     

集成器件化纳微结构炸药片制备及性能研究

为满足微型爆炸元件中含能材料集成化的需求,以RDX、HMX 为研究对象,采用溶剂/非溶剂重结晶和软模板方法相结合,得到片状的RDX 和HMX 晶形。用扫描电镜(SEM) 分别观察其表面形貌,发现RDX 片有两种结构:六边形RDX 片晶厚度约3 μm,长在20 ~50 μm 范围内;四边形RDX 厚度约1 μm,长在10 ~50 μm 范围内;HMX 片晶为长方形,厚度小于1 μm,长在3 ~10 μm 范围内。对3 种含能片进行撞击感度和热分解性能测试,结果表明:片状含能材料的撞击感度比类球形含能材料高,但分解放热峰值基本不变化。     

单晶超合金DD3的拉伸断裂行为

采用ＳＥＭ、ＴＥＭ等分析手段，研究了单晶超合金ＤＤ３在低应变速率下的拉伸行为。结果表明：单晶超合金ＤＤ３在拉伸过程中，滑移具有强烈择优性；宏观断口都比较平坦，但在微观上均呈现塑断特征；拉伸变形时位错对切割γ′粒子是其主要的变形机制。     

The Dilution/Crystallization Kinetics of RDX and HMX（英）

Three thermokinetic equaions describing the crystal growth process and two relationships between the parameters and the constants of the kinetic equations are derived.The thermokinetic data of crystal growth processes of RDX and HMX are treated based on the derived equations and relationships.The results show that the exothermic dilution/crystallization processes of RDX and HMX are the first order reaction and accord with the dislocation theory.     

显微拉曼光谱评价HMX晶体结晶品质

采用显微拉曼光谱分析技术研究了单晶HMX、球形化HMX和工业品HMX的结晶品质与拉曼光谱特征参数之间的关系。通过对HMX晶体显微拉曼光谱谱峰的对比研究,确定了其拉曼光谱特征峰为951 cm-1。对不同品质HMX的特征峰的半峰宽和相对标准偏差进行统计分析,得单晶HMX、球形化HMX和工业品HMX951 cm-1处的半峰宽均值分别为15.18,16.71,17.84 cm-1,相对标准偏差分别为0.0143%、0.0524%和0.129%,而HMX单晶单点12次测试结果为15.18 cm-1和0.0122%。分析三种不同品质HMX晶体的扫描电镜图和折光匹配显微图片,认为单晶HMX品质最好,球形化HMX次之,工业品HMX最差。结果表明,可利用拉曼光谱特征峰的半峰宽和相对标准偏差来评价HMX晶体的结晶品质,特征峰的半峰宽越接近15.19 cm-1,相对标准偏差越小,样品的结晶品质越高。     

HMX晶体加工及力学性能模拟

通过分析HMX晶体的精加工过程,发现切割速度对晶体的加工质量有重要影响,而且速度大小需要随着温度和晶面的变化而不断调整。采用分子动力学(MD)方法,在COMPASS力场下模拟了HMX晶体(011)和(010)晶面在不同温度下的力学性能。结果表明:随着温度的升高,晶面的杨氏模量(E)、体积模量(K)、剪切模量(G)、K/G呈先上升后下降趋势,说明HMX晶体的刚度、断裂强度、硬度、韧性均随温度升高而先升高后下降,其中(011)面和(010)面的各模量分别在308K、298K达最大值,预测(011)面的最优加工温度在308K左右,(010)面的最优加工温度在298K左右,这与实际加工过程相符。