利用分离式Hopkinson压杆技术研究浇注 PBX炸药的老化性能

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）技术研究了HTPB/AP基浇注PBX炸药70 ℃下的老化性能和在不同应变率、不同老化时间、不同温度下的动态力学性能;同时,运用扫描电子显微镜分析了炸药在高应变力下的微观损伤结构。结果表明,高应变率下的应力应变大于低应变率下,应力应变具有应变率效应;随着老化时间的增加,高温试验条件下,浇注PBX炸药的失效应变从0.364减小到0.343,失效应变逐渐减小;低温试验条件下,浇注PBX炸药的失效应变在0到56 d时从0.32增加到0.34,之后基本保持不变。同时,微观、宏观损伤模式表明,界面脱黏和晶粒破碎两种损伤模式并存,应变率越高,晶粒的破碎作用越明显。     

典型浇注PBX炸药的准静态压缩力学行为

采用定应变压缩试验研究了准静态压缩条件下浇注PBX炸药(浇注型高聚物黏结炸药)的力学行为,测试了典型浇注炸药PBX-1在损伤前、后的性能,获得了炸药的真应力-应变曲线。试验结果表明,浇注PBX炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩、弹性变形、损伤破坏和应变软化4个阶段。在压缩应变不超过损伤应变时,PBX-1炸药主要以弹性变形为主,屈服强度和屈服应变没有发生明显改变;在压缩应变超过损伤应变后,炸药中黏结剂断裂,颗粒脱黏,发生塑性变形。压缩应变增加至8%后,PBX-1炸药密度降低,残余应变增大;PBX-1炸药的屈服强度为0.6 MPa,屈服应变为10.6%,损伤应变为8%,炸药的损伤应变可以作为强度校核的依据。     

固化温度及固化剂种类对模拟PBX浇注炸药力学性能的影响

测试了端羟基聚丁二烯-异佛尔酮二异氰酸酯-三苯基铋（HTPB-IPDI-TPB）和端羟基聚丁二烯-六亚甲基二异氰酸酯三聚体-亚乙基二胺（HTPB-HDI-trimer-DABCO）两种黏结剂在不同固化温度下对模拟PBX浇注炸药的力学性能的影响。实验结果表明,随着固化温度的升高,HTPB-IPDI-TPB和HTPB-HDI-trimer-DABCO制备的模拟PBX浇注炸药药柱的力学性能增强。固化剂IPDI和HDI-trimer对药柱的机械性能有较大影响,与含IPDI炸药相比,含HDI-trimer的炸药药柱的剪切强度在35 ℃增大50.27%,45 ℃增大34.30%,55 ℃增大44.83%;抗拉强度在35 ℃降低82.66%,45 ℃降低78.73%,55 ℃降低82.22%;抗压强度在35 ℃增大54.85%,45 ℃增大45.25%,55 ℃增大53.38%。HDI-trimer形成三维网状结构降低了药柱的抗拉强度。     

PBX炸药体膨胀特性研究

研制了适用于PBX炸药体膨胀的测试装置。采用此装置分别对热固型与热塑型PBX炸药的体膨胀力进行了测试,获得了两种炸药由常温升至75 ℃时的体膨胀力和体膨胀力随温度的变化曲线。试验结果表明,两种炸药的体膨胀力均是随着温度的升高而增加,在60～70 ℃范围内体膨胀力增加最大。炸药类型对炸药的体膨胀特性有较大的影响,热塑型PBX的体膨胀力远远大于热固型PBX的体膨胀力,是热固型炸药体膨胀力的8～9倍。对比不同质量的PBX-A炸药试验结果发现,随着炸药质量的增加,炸药体膨胀力随之增加;对体膨胀力-质量曲线进行线性拟合发现,体膨胀力随着质量的增加基本呈线性增长趋势。     

黏结剂相对分子质量对浇注PBX固化应力的影响?

采用自行研制的固化应力测试装置,测量了端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)固化过程的应力变化,计算出固化应力数据,分析了黏结剂相对分子质量对热固性浇注PBX固化应力的影响,并对其在不同固化温度下的黏结强度进行了测试。结果表明:同一固化温度时,随着HTPB相对分子质量的逐渐增大,浇注PBX在固化阶段的最大热应力及收缩应力都逐渐减小。固化温度为100℃时,相对分子质量为1 500、2 800、4 000的HTPB基固化物因固化反应所产生的最大热应力分别为2.14、1.12、1.01 MPa,最大收缩应力分别为0.29、0.22、0.15 MPa。在固化降温阶段,HTPB相对分子质量越大,浇注PBX的收缩应力也越大。HTPB相对分子质量相同时,固化物的黏结强度随着固化温度的升高而降低;而固化温度一定时,HTPB相对分子质量对浇注PBX的黏结强度影响不大。     

水泥砂浆在围压下的动态力学性能

水泥砂浆在不同应力状态、不同加载条件下,表现出截然不同的力学性能。利用分离式霍普金森压杆做了一维应力、被动围压和主动围压下水泥砂浆的冲击压缩实验,分别得到了这三种加载条件下的应力-应变曲线,讨论了应力状态、加载条件及应变率对水泥砂浆力学性能的影响,最后研究了用于描述水泥砂浆塑性的破坏准则。     

一种RDX基PBX炸药力学性能和本构关系研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对一种RDX基PBX炸药进行了高应变率加载试验,得到了其在不同应变率(300~1 200 s-1)范围内的力学性能,并用扫描电子显微镜(SEM)对回收样品进行了微观分析。结果表明:材料的力学性能和损伤均具有明显的应变率效应。采用含损伤的ZWT非线性黏弹性本构模型,对试验数据进行了拟合,拟合曲线和试验曲线吻合良好。     

PBX炸药共振声混合实验研究Ⅱ

通过共振声混合实验样机,对固含量为90%的PBX炸药进行了共振声混合的均匀性实验研究和机理分析,实验量级为300 g。实验结果表明,振动强度是影响PBX炸药混合的重要因素,振动强度过小或过大都不能实现被混物料内部的质量交换,并且在混合的不同阶段,由于物料性状不同,所需要的最佳振动强度也不同,90%固含量的PBX炸药所需的最佳振动强度在30～55左右,最佳混合方式是在一定范围内采用交变振动强度进行混合。     

PBX炸药声共振混合试验研究Ⅰ?

通过声共振混合试验样机对固体质量分数为86%的PBX炸药(高聚物黏结炸药)进行声共振混合的均匀性及工艺安全性试验研究,试验量级为150 g。试验结果表明,PBX炸药在声共振混合作用下进行内部的撕裂缠结,依次形成球状混合块和整场沸腾状混合浆,整个混合时间约为1 000 s。成分分析表明,声共振能实现固体质量分数为86%的PBX炸药均匀混合;静电和温度测量表明,整个混合过程中,静电电压几乎维持在0 k V左右,物料内部摩擦生热速度远远低于物料对外的热散失速度,混合过程中静电安全和热安全在可控范围内。     

TATB基PBX在不同围压下的Boltzmann-P本构模型及其数值计算方法

围压对于PBX材料的力学性能影响显著,围压影响的实质为静水压力的影响。该文基于Boltzmann本构模型,建立了考虑静水压力影响的TATB基PBX准静态Boltzmann-P非线性弹性本构模型,提出了针对该本构模型的非线性计算方法,采用Mises等效应力-应变并引入泊松比提出了一维本构模型转化为三维模型的数值方法,然后通过二次开发实现了本构模型以及相应算法的实际应用。通过对单位体积单元进行计算,在无围压条件以及围压两种条件下Boltzmann-P模型描述精度均高于Boltzmann模型,验证了Boltzmann-P本构模型及相应算法与所开发程序的正确性。     

成型温度对PBX装药内部质量及性能的影响

针对压制成型的PBX炸药装药,选择CT无损检测、巴西实验和扫描电镜检测等技术,对比研究了室温和加热两种温度下压制成型的炸药装药内部质量、静态力学性能和细观破坏形式。结果表明,加热压制有利于改善炸药装药的内部质量,可避免产生初始损伤,且提高了装药的力学性能。细观尺度上,室温压制成型的装药主要发生界面脱黏破坏,加热压制成型装药的主要破坏形式是穿晶断裂。     

热固性浇注 PBX 力学行为的影响因素探讨

利用拉伸实验、压缩实验、巴西实验对浇注黏结炸药（PBX）的力学行为进行了研究,探讨了影响浇注PBX 力学行为的因素。实验结果表明,浇注 PBX 的力学行为分为脆性断裂和延性断裂两种形式;在固化阶段的不同时间点浇注 PBX 的力学行为不同,当固化度为70％--80％时,浇注 PBX 表现出延性断裂的特征;当浇注 PBX 的固化度在80％以上时,药柱的力学行为受到固化温度和胶黏剂分子量等的影响。对于含有同一分子量端羟基聚丁二烯（HTPB）的浇注 PBX,固化温度越高,其力学行为越趋近于脆性断裂特征;经同一固化温度后,HTPB分子量越小,浇注 PBX 的力学行为越趋近于脆性断裂的特征。对产生上述现象的原因进行了分析。     

浇注 PBX 固化温度场的数值模拟

为了使浇注塑料黏结炸药(PBX)具有均匀的固化温度场,采用COMSOL Multiphysics软件和Fourier数学模型,分别模拟研究了模具尺寸、烘箱与PBX间的温差、PBX固化速率等因素对PBX温度场分布的影响。结果表明:药浆温度低于烘箱温度时,浇注PBX内的温度场呈现由外向里递减的趋势。60 mm×240 mm、100 mm×240 mm、200 mm×240 mm和200 mm×1 000 mm,壁厚都为5 mm的模具,从25℃升至60℃的过程中,模具边缘和中心点的最大温差可分别达到3.22、6.66、10.49℃和13.08℃。200 mm×1 000 mm,壁厚为5 mm的模具分别从0、25、40、50℃升至60℃时,模具边缘和中心点的最大温差可分别达到17.56、13.08、7.02℃和3.36℃。药浆温度与烘箱温度相同时,模具边缘温度最小,中心温度最高,此时影响温度场梯度的主要因素为药浆固化速率的大小。当药浆和烘箱间存在温差,可通过减小模具尺寸、降低浇注PBX内的温度梯度,且浇注PBX的固化尽量采取药浆与烘箱温度一致的固化工艺,此时选择固化速率较小的药浆可实现PBX内的温度基本一致。     

小组分对热固性浇注 PBX 性能的影响?

通过对比热固性浇注PBX的渗油性、力学强度,探讨了配方中增塑剂、固化剂、键合剂等小组分对热固性浇注PBX炸药性能的影响。试验结果表明:增塑比增加,渗油率增加,试样力学强度降低;固化参数减小,力学强度降低,在固化参数小于0.8时渗油率明显增加;外加0.3%(质量分数)的键合剂可改善试样渗油率,并可明显增加试样力学强度,减少颗粒脱黏。     

Compressive behavior and damage evaluation of a PBX substitute material

In this work, a polymer-bonded explosive (PBX) substitute material was made of sugar granules and polymer binder with a weight proportion of 90:10. The damage evolution and mechanisms under monotonic and repeated compression were studied in detail by adopting radiation x-ray computed tomography, scanning electronic microscopy, and a laser particle size analyzer. It is found that the initial pores and cracks from the granule breaking represent the main mechanisms of damage. The granule size and porosity decrease, while the damage parameter increases with the increasing applied strain. They are responsible for the damage evolution described by damage parameter D as a function of applied strain. The microscopic observation and macroscopic measurements are correlated quantitatively, which reveals the compressive behavior of the PBX substitute material.     

球墨铸铁机械性能的优化模型

通过对球墨铸铁机械性能影响因素的分析，指出在一定的生产条件下，球墨铸铁的机械性能主要取决于组织、成分。利用Matlab中的Neural Network Toolbox仿真环境和BP模型算法建立了球墨铸铁机械性能的优化模型，详细论述了模型结构的设计、数据处理、网络初始化、训练与仿真的过程。该方法对提高球墨铸铁的机械性能具有积极作用。     

轴向受压CFRP管混凝土柱的膨胀模型及应力-应变关系

在实验基础上, 建立了CFRP 管混凝土柱的轴向压缩膨胀模型。利用膨胀模型计算的紧箍力变化规律和主动侧限混凝土柱的轴向压缩本构模型, 结合多轴应力下的混凝土破坏准则, 推导出被动侧限混凝土柱轴向压缩应力-应变关系理论表达式。根据各组份材料性能、含量、轴向压缩荷载作用下各组份的应力状态及变形协调条件, 建立了CFRP 管混凝土柱轴向压缩本构关系。实验结果证明, 理论预测结果与实验值吻合良好。      

某露天煤矿高台阶抛掷爆破地震效应监测与分析

为了积累高台阶抛掷爆破时地震效应的经验,采用MiniMate Plus爆破地震仪对黑岱沟露天煤矿第一次高台阶抛掷爆破产生的地震效应和爆破噪声进行了监测,详细地分析了爆破地震波和爆破噪声的强度、频率、持续时间等特征参数.分析结果表明,本次爆破对矿区周围的被保护对象不会造成破坏,并可以利用仪器记录爆破地震波和爆破噪声起始时间的差值,计算出岩体的纵波速度.研究结果对该矿山后续的高台阶抛掷爆破的设计具有参考价值.