浇注PBX炸药的准静态压缩力学性能

利用材料实验机进行了PBX-1炸药准静态压缩实验,获得PBX-1炸药真应力——应变曲线和表观应力——应变曲线,分析了应变速率和温度对炸药力学性能的影响。结果表明:与表观应力——应变曲线相比,真应力——应变曲线所测的抗压强度值下降了0.09MPa,屈服应变也降低了0.8%,ε=7%时压缩模量降低了1.0MPa。PBX-1炸药的抗压强度随着应变速率增加而增高,随温度的增高而降低;屈服应变并没有随应变速率和温度发生变化。PBX-1炸药在71℃固化75d内,抗压强度没有随时间降低。     

CL-20基爆炸网络装药的UV光辅助直写成型及性能

为了提高爆炸网络装药效率和成型效率、改善装药能量性能,以高能叠氮胶3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)和紫外光(UV)固化树脂为复合粘结剂、以CL-20为主体炸药,设计了一种UV光辅助固化的CL-20基含能油墨,并采用3D打印平台装置对油墨进行了直写成型。采用流变仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、邵氏硬度仪等对成型复合物的流变性能、微观结构、晶型、硬度进行了表征和测试。结果表明,CL-20含量为82%时,油墨体系稳定性较好,采用UV光辅助固化的油墨固化速率快、成型样品表面平整,硬度为70 HA;撞击感度测试表明,复合物的特性落高比原料提高了20 cm;传爆性能测试表明,成型样品可实现90°拐角传爆,在1.2 mm装药宽度下,其传爆临界尺寸为0.387 mm。     

一维应力动态加载下战斗部装药力学响应预报模型

为获得战斗部装药在高过载侵彻下的动力学行为,对战斗部装药（黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)）在高应变率下的动态力学响应特性进行了研究。采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB) 实验技术对RDX基PBX炸药动态力学性能展开研究、压电传感器监测试件两端应力状态、高速相机拍摄实验中的试件变形过程,确保实验试件变形在动态应力平衡和常应变率加载条件下进行,保证实验数据的有效性。结果表明,该RDX基PBX炸药具有明显的密度效应及应变率效应,当应变超越0.075时应变率效应显著增强。基于应变能函数,建立该RDX基PBX炸药在一维应力状态下修正的Rivilin本构模型,模型拟合结果与实验结果基本相符,仿真结果得到的应变时间信号及试件变形模式与实验结果基本吻合。     

含铝炸药装药工艺装备现状与发展趋势

铝粉具有较高氧化热、来源广泛等优点,用于含铝混合炸药,可大幅度提高炸药爆热。笔者对含铝炸药的各种装药方法的工艺与设备、国内外现状及发展趋势进行研究。介绍压装法(分步压装法)、浇注固化法以及双螺杆捏合柔性挤压法等装药技术,分析国内外现有技术,以及对固态含铝炸药压装药、含铝炸药浇注固化装药及含铝炸药双螺杆挤压装药的处理方法,并阐述了含铝炸药装药发展趋势,提出我国在该技术领域发展重点和措施的建议。该研究可为含铝炸药装药技术的发展提供参考。     

炸药底隙对炸药装药发射安全性的影响

为了避免炸药在发射环境下由于底隙中的空气受压缩加热引起膛炸,采用有限体积法,依据广义黏弹性统计裂纹本构模型,研究了在发射环境下炸药底隙对炸药装药安全性的影响。针对不同的炸药底部初始温度,分析了炸药内部应力和温度的分布规律,讨论了炸药底部温升与炸药点火的关系; 依据理想气体绝热压缩方程,定量地分析了炸药底隙中空气压缩量与温度升高的关系。研究结果显示,随着炸药底隙中残留空气的压缩量的不断增大,炸药底部的温度也不断升高。当底隙中空气压缩量达到一定值时,炸药底部的温度升高到其点火温度,从而引发炸药点火。该分析结论可以作为炸药装药发射安全性分析的理论依据。     

装药底隙对弹底应力及发射安全性影响研究

采用有限元的方法,动态地模拟了发射过程中底隙存在时,炸药应力的分布,给出了不同时刻、不同底隙厚度对底部装药应力分布的影响,以及炸药最大应力随底隙厚度变化的关系曲线,分析了发射过程中的安全阀值问题。研究结果表明,在底隙对炸药应力的影响中,气隙厚度是主要因素。该结论对制订有关底隙厚度的军用标准具有指导意义。     

固化温度对浇注PBX固化应力的影响

为改进固化工艺,确保浇注高聚物粘结炸药(PBX)的发射安全性,采用自制的间接应力感应器测试了浇注PBX药浆从液态到固态转变过程中应力的变化。研究了固化温度对浇注PBX固化应力的影响。结果表明:热固性浇注PBX固化过程包括从常温到固化温度的快速热膨胀,恒温固化阶段的热膨胀与交联收缩及固化降温时的冷缩变形三个阶段。研究了恒温固化过程中测试瓶的变形。根据变形情况计算了浇注PBX的固化应力。固化温度对PBX变形影响明显。当固化温度为100,90,80,60℃时,浇注PBX在固化过程中的最大热应力分别为2.14,0.72,0.56,0.29 MPa;固化过程的收缩应力分别为0.29,0.25,0.24,0.21 MPa,显示固化温度对恒温阶段固化热应力及收缩应力影响较大,固化温度越高,固化热应力及收缩应力越大。可以根据固化过程的应变-时间曲线,采取前期低温固化以减小固化应力,在固化应力变化平稳的后期升高温度以提高效率的变温固化工艺。     

改性B炸药的力学性能

为了解添加剂对B炸药力学性能的影响,分别添加2%的热塑性弹性体(VP-401和VP-501)、1%或3%的季戊四醇和丙稀醛缩合的热固树脂/硫酸二乙酯(123树脂/DES)、5%固化系数0.6和0.8的端羟基聚丁二烯/二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯(HTPB/MDI),制备了相应6个改性B炸药配方(B-1、B-2、B-3、B-4、B-5和B-6)。进行了静态压缩试验、巴西试验和分离式霍普金森压杆试验,获得了改性B炸药在静力压缩、间接拉伸和低速冲击作用下的应力-应变曲线。对比分析了改性B炸药的强度和韧性变化。结果表明,与B炸药相比,B-1和B-2的压缩弹性模量分别增加了1.49 GPa和2.28 GPa,压缩强度分别增加了6.7 MPa和6.3 MPa,其压缩弹性和韧性均好于B炸药。应变率500 s-1时,与B炸药相比,B-3和B-4的动态压缩强度分别增加了1.99 MPa和7.61 MPa,而B-5和B-6的动态压缩强度分别降低了8.33 MPa和19.47 MPa。这说明,B-3和B-4的抗低速冲击能力提高,B-5和B-6炸药的抗低速冲击能力降低。     

PBX装药弹体侵彻混凝土薄板的数值模拟

为探究浇注型高聚物粘结炸药(PBX)装药在弹体侵彻过程中的力学响应和损伤分布情况,将孔隙压塌损伤、炸药晶体破碎损伤和粘结剂脱粘三种损伤形式的演化规律引入粘弹性本构模型,拟合了浇注型PBX在不同温度下的低应变率至中高应变率的力学响应,利用动力有限元数值软件模拟了含装药弹体侵彻混凝土靶板中炸药的力学损伤响应,分析了炸药应力波的传播、压力分布和三种损伤分布及演化。结果表明,加载初期炸药装药的头部承受较大的压缩应力,当应力波传播至尾部反射回拉伸波时,由于弹体的惯性作用,装药尾部和壳体内表面发生撞击,迅速形成高压区,压力高至0.25 GPa,因此装药头部和尾部损伤较为严重,应作为重点防护区域。     

DNAN/RDX熔注炸药发射安全性模拟试验研究

DNAN基熔注炸药因优异的安全性能在世界范围内正广泛替代TNT基熔注炸药,但国内目前鲜有关于其在发射过载环境下的安全性研究报道,严重限制了国内榴弹等高膛压火炮用DNAN基熔注炸药的配方研制。为此,以DNAN/RDX(40/60)熔注炸药为对象,基于炸药抗过载装置,利用整形器技术进行波形整形,获得了与发射过载相似的载荷特征,建立了炸药装药发射安全性模拟试验装置,并采用临界底隙判据对炸药的发射安全性展开定量研究。结果表明：?15 mm×14 mm的DNAN/RDX配方药柱在打击速度为2.85 m/s条件下,所受载荷峰值为306 MPa,脉宽为7.85 ms,临界底隙为3.19 mm;在打击速度为6.66 m/s条件下,药柱所受载荷峰值为681 MPa,脉宽5.99 ms,临界底隙为1.31 mm;在打击速度为9.26 m/s条件下,药柱所受载荷峰值为1 100 MPa,脉宽5.58 ms,临界底隙为1.0 mm。根据药柱临界底隙随发射载荷幅值的变化规律,同一载荷下DNAN/RDX(40/60)临界底隙比B炸药大10%以上。     

以RDX为基的浇注PBX力学性能与本构模型

为研究一种黑索今(RDX)基浇注高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能与本构模型,利用INSTRON材料试验机及改进分离式Hopkinson压杆(SHPB)进行了准静态和动态单轴压缩实验,获得了材料在10-4~10-2s-1及843~1490 s-1应变率范围内的应力-应变曲线。结果表明:该浇注PBX的变形过程分为线性段、强化段和软化段。准静态加载下该浇注PBX具有明显的应变率效应,其弹性模量、压缩强度、临界应变与相对对数应变率之间近似呈线性关系;而在实验应变率范围内,动态加载下特别是加载初期应变率效应不明显,同时发现其破坏准则由应力控制,材料在12MPa附近发生破坏。借鉴推进剂及橡胶材料本构关系的研究结果,分别提出了能描述浇注PBX一维动、静态压缩力学行为的率相关本构模型,该模型与实验结果误差小于10%吻合较好。     

RDX基铝纤维炸药静态压缩力学性能

为了提高RDX基含铝炸药的力学性能,用铝纤维替代含铝炸药中的铝粉制备了RDX基铝纤维炸药。进行了准静态力学实验,将得到的不同铝纤维含量的铝纤维炸药的弹性模量以及单轴抗压强度拟合计算,得到了铝纤维炸药弹性模量以及单轴抗压强度与铝纤维体积含量的关系表达式。结果表明,用拟合弹性模量实验数据得到的铝纤维的增强系数为8.19。铝纤维能显著增强铝纤维炸药的力学性能,其弹性模量、抗压强度以及残余强度随着铝纤维体积含量增加而增大。当铝纤维体积含量为0%~30%时,铝纤维炸药的临界应变随着铝纤维含量的增加而增大,当铝纤维体积含量高于30%时,铝纤维炸药的临界应变不随着铝纤维含量变化。采用正态分布函数,进行了铝纤维体体积含量为10%~40%的铝纤维炸药工程应力-应变曲线的拟合,其拟合的校正决定系数为0.987~0.998。体积分数小于38.1%的特定铝纤维含量的铝纤维炸药的单轴抗压强度可用拟定的关系式计算。     

高聚物粘结炸药压缩疲劳特性试验研究

介绍了高聚物粘结炸药(PBX)压缩疲劳特性试验方法,以JB-9014炸药为研究对象,分别进行最大应力σmax为20.98,22.30,23.60,25.50,26.50 MPa,频率为2Hz的正弦波加载方式下的疲劳试验,得到了JB-9014炸药的压缩疲劳S-N曲线。从S-N曲线推知JB-9014炸药在σmax=20.98 MPa(相当于70％的破坏应力)时,压缩疲劳极限N为2.8×106,说明JB-9014炸药有良好的耐疲劳性能。     

橡皮弹对生物钝击损伤效应试验研究

为探究橡皮弹打击下生物损伤机制，开展橡皮弹打击生物损伤效应弹道试验。以生物的伤情特征和行为反应为表征量，分析了橡皮弹的速度、硬度、口径对生物损伤效应的影响。结果表明：生物皮肤伤情特征以皮损、苍白和红晕为主，红晕区与苍白区存在明显不连续间断，皮损区和苍白区形成与弹头剪切作用有关，红晕区由皮肤压缩和拉伸变形协同造成；同种橡皮弹打击生物胸腹部，随着速度的增加，皮肤伤情变得严重，但皮损区直径几乎不变；橡皮弹打击生物胸部，单一变量法分析造成皮肤可见伤情（指皮损、红晕或苍白，下同）所需的比动能，70 HA硬度橡皮弹＜45 HA 硬度橡皮弹＜20 HA硬度橡皮弹，32 mm口径橡皮弹＜16 mm口径橡皮弹＜8 mm口径橡皮弹，即橡皮弹硬度和口径越大，造成皮肤可见伤情所需比动能越小，同时口径越大，造成持续尖叫、惊跳或意图逃跑等生物明显异常行为反应所需比动能越小；50%明显异常行为反应风险概率的比动能高于50%皮肤可见伤情风险概率的比动能。     

壳体约束下浇注PBX的温度适应性

为研究壳体约束条件下浇注高聚物黏结炸药(PBX)的温度适应性能,制备了组分为奥克托今(HMX)/端羟基聚丁二烯(HTPB)/2,4-甲基二异氰酸酯(TDI)的炸药,分别装填Ф20 mm×20 mm、Ф15 mm×65 mm、Ф100 mm×200 mm、Ф150 mm×300 mm和Ф200 mm×400 mm五种尺寸的试样,其中后者三种较大尺寸的试样还分为无缺陷和有预制缺陷两种形式。利用-55~70℃温度冲击和温度循环试验,研究了浇注PBX的内部损伤、壳体外部温度和应变以及炸药尺寸、密度和力学性能变化。结果表明,温度冲击和温度循环试验后,浇注PBX没有明显的热损伤,原有缺陷也没有明显扩展;随着试验件尺寸的增大,通过升降温达到温度平衡所需的时间延长,高低温应变变化呈现减小的趋势。试验后炸药密度增大0.001 g·cm~(-3),拉伸强度和压缩强度分别提高了0.12 MPa和0.55 MPa。     

环形及线形聚能装药侵彻体对长杆式穿甲弹穿甲过程干扰的试验和数值模拟

为进一步提高聚能型爆炸反应装甲防护性能,增强坦克在战场上的生存能力,设计一种以环形聚能装药结构为基本结构的新型爆炸反应装甲,来拦截高速长杆式穿甲弹（简称长杆弹）。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对环形爆炸成型结构干扰钨合金长杆弹穿甲过程进行数值模拟,分析了环形爆炸成型侵彻体成型过程及干扰长杆弹穿甲过程机理。在相同条件下,与线形爆炸侵彻体干扰长杆弹穿甲过程进行了对比。结果表明：环形聚能装药结构爆炸成型侵彻体具备更高的防御性能,长杆弹有效侵彻深度与线形装药结构相比降低32.5%,弹坑长度增加10.4%,且在环形爆炸侵彻体干扰下长杆弹弹杆断裂、偏航;模拟结果与试验结果吻合良好。