聚合材料老化科学

这是LANL一项为期三年的实验室研究项目的一份总结报告。其目的是寻求更好的方法和技术来进行和分析聚合材料的加速老化研究，从而发展而更可靠的方法来预测聚合材料在服役寿期内的力学性质变化。选择了两个与LANL和工业相关的模型系统来进行深入分析，并设计了成套的加速老化实验。开发并运用了不同的实验方法来表征材料的相关力学性质和材料的化学和结构变化（不同尺寸），设计出了理论处理和模型模拟来解决上述现象，并将其综合到全面的系统模型中。     

材料老化对火工品性能影响研究

为了掌握某火工品材料老化对其性能的影响,采用高温加速老化试验,对其电极电阻及PETN炸药粉末比表面积在老化过程的变化情况进行了测试分析,并通过该火工品单发作用时间测试,研究了电极及PETN粉末老化对其性能的影响。结果表明:在高温加速老化过程中,该火工品电极电阻无显著性变化,其装配成的火工品单发作用时间也无明显变化,但其PETN炸药粉末比表面积随老化时间延长出现了明显下降,采用经不同时间老化后的PETN装配火工品,测得单发作用时间随比表面积减小而延长。     

飞片材料经加速老化后对飞片速度的影响研究

为了掌握经长期贮存后的飞片材料在初始起爆条件下的飞片速度是否会发生显著性退化,采用光子多普勒测速仪对经71℃加速老化不同时间后的聚酰亚胺飞片材料形成飞片的速度迚行了测试。结果表明,针对不同时间加速老化后的聚酰亚胺飞片材料,在相同起爆条件下由其形成飞片的最大速度及飞片出炮筒时的速度均无显著性变化,且在一定炮筒厚度下,飞片出炮筒的速度没有达到最大值。     

材料物理与力学开放实验室简介

“材料物理与力学开放实验室”（Lab of Physics ＆ Mechanics of Materials）隶属于中国工程物理研究院化工材料研究所，是国防先进材料研究与开发的重要支撑力量。实验室主要从事材料物理与力学研究，涉及的研究领域有固体材料的强度理论、损伤和破坏模式、高分子材料的粘弹性性能、材料的老化行为、高能高密度分子的量子计算、疲劳实验、细观力学、颗粒介质的接触力学以及先进实验技术等。     

导弹板级电子产品加速环境谱设计方法

高可靠的弹上电子产品在加速寿命试验中存在高成本、小子样的问题,难以采用传统的加速应力设计方法,为此提出了一种基于系统可靠度与失效物理的弹上电子产品加速环境谱设计方法。首先,基于系统可靠度的概念,提出了串并联系统加速因子的估计方法,通过系统可靠度建模,推导出板级电子产品加速因子估计模型,修正了基于串联假设的板级电子产品加速因子估计存在的不足;然后,在研究失效物理模型的基础上,推导出加速应力转化模型,建立了常规应力与加速应力的等效转换关系;最后,梳理出弹上电子产品加速环境谱设计流程。以某型导弹时序控制电路板为例,对其加速温度谱进行了分析与设计,并给出了受试产品剩余寿命评估方法,从而验证本文方法的工程适用性。     

基于寿命老化模型的舵板寿命预测

为预测舵板的使用寿命特性,建立舵板寿命老化模型.分析寿命老化模型理论依据,建立寿命老化模型,对舵板寿命进行预测,利用加速因子的不变原则,推导出寿命估计模型的参数在不同应力下的变化规律,并进行仿真分析.仿真结果表明:加速因子不变原则能够预测舵板在不同环境应力下的使用寿命,且相较于一般神经网络,其稳定性更强,为舵板寿命评估提供了有效的参考.     

惯性平台新型金属橡胶减振器理论与实验研究

金属橡胶减振器(以下简称MRD)是为克服目前惯性平台常用橡胶减振器随时间老化这一致命弱点而开发研制的一种新型减振器,其在航空航天等军事领域具有广阔的应用前景.建立了MRD的力学模型,通过对其力学模型的分析与研究,得到了MRD系统的参数识别方法;通过实验验证了其力学模型和参数识别方法的合理性,提出了MRD的特性参数与工艺安装参数关系的研究策略及其优化设计技术研究的主要内容.     

惯性平台新型金属橡胶减振器理论与实验研究

金属橡胶减振器(以下简称MRD)是为克服目前惯性平台常用橡胶减振器随时间老化这一致命弱点而开发研制的一种新型减振器,其在航空航天等军事领域具有广阔的应用前景.建立了MRD的力学模型,通过对其力学模型的分析与研究,得到了MRD系统的参数识别方法;通过实验验证了其力学模型和参数识别方法的合理性,提出了MRD的特性参数与工艺安装参数关系的研究策略及其优化设计技术研究的主要内容.     

基于分段老化模型的HTPB推进剂贮存寿命

针对常用老化模型不能准确描述端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂贮存老化不同阶段特点的问题,提出了一种分段老化模型。对HTPB推进剂进行了高温加速寿命试验,以最大延伸率作为性能变化表征参数,将HTPB推进剂的老化机理分三个阶段进行了分析,并根据老化不同阶段的相关性分析结果,建立了分段老化模型。利用时温等效原理,得到了高温(60℃)加速老化和常温(25℃)有效贮存的时间转换关系,结合分段老化模型,预估HTPB推进剂在常温(25℃)条件下贮存寿命为11.60年。该模型的相关系数R0.95,标准差R_(std)0.015。     

MC3926冲击片雷管材料相容性评估:第一部分:试样老化研究

用热加速老化技术进行了ＭＣ３９２６试样老化研究，目的是要确定那些能对产品元件的贮藏寿命和功能产生不利影响的材料组合或制作方法。气相或液相色谱法、外观检验和红外光谱是用于检查老化试样的一些方法。这种研究确定了受热老化影响的材料，但观察不到有害影响。因此，希望本研究所探讨的材料组合和制造方法能适合于使用该装置的元件制造和贮存。     

某火工品贮存老化效应分析研究

在恒定温度、相对湿度(60℃、95%和71℃、95%)的双因素和恒定温度(71℃)的单因素条件下,对某火工品在加速寿命试验后各个不同时间的性能变化情况进行了研究。研究结果表明,该火工品电阻在加速老化试验过程中未发生显著性变化,但其单发作用时间、质量以及药剂的撞击感度都发生了显著性变化。在71℃、95%的加速老化试验条件下加速老化14天,其单发作用时间超出了设计技术指标,表现为不合格;同时随着老化时间的延长,该火工品质量损失量也增加,药剂撞击感度也不断提高。     

三元乙丙材料粘超弹本构模型研究

利用等速拉伸和拉伸-回复实验研究三元乙丙（EPDM）包覆层材料的力学特性,提出采用有限变形条件下的超弹本构模型及线粘弹性本构理论相结合的方法建立一种粘超弹本构模型,在此基础上进一步研究模型参数的获取方法。研究结果表明：该材料具有典型的超弹性力学行为特征,并呈现出明显的率相关效应;所建立的粘超弹本构模型能够较好地描述该材料的单轴力学行为,在一定程度上可对使用该包覆层材料的固体火箭发动机的结构完整性分析提供理论参考。     

考虑泊松比的HTPB推进剂贮存老化反应速率研究

对某型号HTPB推进剂在35℃、50℃、65℃条件下进行了加速寿命试验,并选用最大延伸率表征推进剂性能变化情况;对HTPB推进剂高温加速寿命试验的老化起点进行了修正,并推导出了考虑泊松比条件下的推进剂老化反应速率模型;根据加速老化试验结果,对模型的参数进行了求解,验证得出考虑泊松比变化条件下的某型号丁羟推进剂药柱预估寿命要长于未考虑泊松比的预估值;对含有不同含量防老剂的HTPB推进剂在80℃条件下的加速寿命试验结果表明:少量防老剂的添加可以有效对推进剂进行延寿.     

RB型硝胺发射药使用寿命实验研究

为了更准确地预测发射药的有效使用期,提出了以发射药力学性能变化的数据作为老化失效判据的观点。采用热加速老化试验的方法,研究了含黑索今双基药(RB型硝胺发射药)的抗冲、抗压强度、压缩率随老化时间和温度变化的规律。结果表明,该型发射药在在安全贮存期内,高分子材料老化降解造成的力学性能下降,不会影响其安全使用。RB型硝胺发射药的使用寿命远大于安全贮存寿命。     

NEPE推进剂无损型贮存寿命预估

为了实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂药柱贮存寿命进行预估时的测量无损性,通过对施加10%定压缩应变的NEPE推进剂进行高温热加速老化实验、气体含量监测实验、单向拉伸力学性能实验,基于相关性分析和寿命预估模型,提出了一种以特征气体含量变化为基础数据的无损型寿命预估模型。结果表明,NEPE推进剂贮存老化过程中,CO气体释放量最大,不同温度条件下的释放量均达到1300 mg以上,且其和NO气体均呈现老化初期释放量增长缓慢,后期迅速增加的规律,HCl气体释放量在老化初期和后期增长较快,老化中期增长较慢;老化初期最大抗拉强度σm和最大延伸率εm小幅增大,老化中期前者小幅震荡,后者逐渐增大,老化后期两者均急剧减小;不同温度条件下CO气体释放量与最大抗拉强度关联度值最大,为0.93～0.95,且两者存在单一相关性;基于传统老化寿命预估模型和改进的老化寿命预估模型,建立了四种NEPE推进剂寿命预估方法,通过相关性系数比较和预估结果分析,得出以CO气体释放量作为预估参数的改进型寿命预估模型的相关性系数最大,寿命预估结果最为有效。     

基于H-K 固体模型的玻璃钢蠕变分析

在对复合材料粘弹性力学理论进行研究的基础上,建立H-K 线性固体蠕变本构模型。运用有限元理论, 借助ABAQUS 提供的用户材料子程序UMAT 对H-K 线性固体蠕变模型进行二次开发,对玻璃钢单向板单轴拉伸的 蠕变性能进行仿真分析。通过拉伸蠕变加速实验拟合得出相关材料参数,将实验数据与理论模型、仿真模型的蠕变 曲线进行对比验证。验证结果表明：理论与仿真模型的蠕变规律能较好地与实验数据吻合,材料本构模型可对玻璃 钢长期性能进行仿真预测。     

PBX材料亚临界开裂实验研究

通过比较PBX材料和岩石类材料的力学性质,借助岩石断裂力学的研究方法,设计了PBX材料在三点弯曲载荷下的白光散斑实验,观察了PBX材料中裂纹扩张的规律.通过计算应力强度因子和分析裂纹尖端扩张速度,证实PBX材料中也存在亚临界开裂,为PBX材料结构件的储存开裂研究提供了新的思路和方法.     

身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测

径向精锻是一种先进的身管制造方法。身管的多晶体材料经锻打后,晶粒会发生择优取向形成织构,在宏观上产生各向异性现象,这是普通有限元方法所无法模拟的。利用数学软件Matlab和程序设计语言Python联合编程并结合有限元软件ABAQUS,建立身管精锻宏观模型和细观多晶体模型;应用跨尺度方法,开发程序实现了宏观力学至微观力学边界条件的继承,使研究的晶粒尺寸达到了真实尺寸。分析微观多晶体模型的晶粒取向变化,使用Matlab编程画出锻后多晶体材料的极图和取向分布函数图,并用X射线衍射试验验证了晶粒取向模拟结果的正确性。建立了将身管径向精锻从宏观锻造到细观织构联系起来的一套研究方法,为预测锻后身管性能变化提供了思路。     

浇注PBX力学性能的研究进展

从材料特性、力学行为特征、本构模型和实验手段四个方面详细论述了浇注高聚物粘结炸药(PBX)力学性能的研究进展,指出动态力学测试及材料本构是目前研究浇注PBX的热点和难点。认为可以通过借鉴粘弹性模型、橡胶超弹性模型及推进剂模型建立浇注PBX的本构模型,并指出需要结合浇注PBX含能敏感、软材料和大变形特性来选择和改进现有的测试技术。对力学性能预测、动态实验技术及数值模拟等方面需要开展的工作提出了一些看法。     

超空泡模型对固态介质侵彻及影响因素实验研究

为了获得超空泡模型对固态介质侵彻现象及相关力学特性的影响因素,采用实验方法对侵彻速度、弹头形状、通气等因素进行了研究。实验采用空气炮获得模型侵彻固体介质的初速,利用高速摄像系统获得直观的超空泡生成过程图像,通过图像处理获得侵彻过程运动参数。实验首先在匀质固体中成功获得超空泡模型侵彻现象,在此基础上进行了侵彻速度与不同头形的系列侵彻实验,获得了空泡形态、减速特性以及各影响因素的影响规律。借鉴水下通气超空泡的概念,设计了通气头形,并进行了不同通气量下的侵彻实验,验证了弹头通气有助于空泡生成的结论。