压制PBX中炸药晶体损伤的研究进展

综述了压制高聚物粘结炸药(PBX)中炸药晶体在机械载荷作用下晶体的微(细)观结构演化,演化过程中损伤的表征和损伤对PBX炸药宏观性能的影响,讨论了压制压力、压制温度、晶体品质和粘结体系对PBX压制过程中晶体损伤的影响,在此基础上讨论了损伤机制和多种构建PBX中晶体损伤的物理模型,认为通过改变压制方式、压制温度、晶体品质和粘结体系可减少晶体压制损伤的产生;利用流形元法、离散元法、图像处理技术等可实现对PBX炸药进行较真实的建模。      

RDX基PBX药柱烤燃过程的数值模拟

为合理评估炸药的热安全性,采用自主编写的有限元软件—"含能材料动态响应数值模拟软件",对黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)药柱的烤燃过程进行了数值模拟,实现了炸药多步热分解反应的动力学过程。探索了点火区域各组份质量分数随温度的变化规律。结果表明,400 K时,初级热分解反应开始加速,450 K时次级分解反应明显发生,至460 K时,第三步热分解反应开始加速,气体终产物逐渐积累,当气体终产物质量分数为0.006%时,发生点火。此外,随着升温速率增加,炸药点火时间急剧衰减,中心点温度下降。     

低压热处理对PBX炸药件密度及内部质量的影响

高聚物粘结炸药(PBX)时效处理会造成炸药件尺寸长大,密度降低,甚至可能扩大裂纹和分层等初始缺陷.为了解决以上问题,开展成型炸药件低压热处理研究.将炸药件放入等静压后处理机,在恒定温度下施加5～10 MPa压力,保压2～4 h,处理1～3次.实验结果表明: 采用这种后处理方法能在短时间内有效释放PBX炸药件内应力,相对密度从96.53%～98.83%提高到99%以上,并能抑制长大,改善炸药件内部质量.     

高温老化后HMX基PBX的压缩与拉伸性能反向变化研究

针对HMX基高聚物粘结炸药(HMX基PBX)经高温老化后虽然密度降低但是力学性能变化规律性不强的问题,将试样之间密度差控制在0.00 3g· cm-3范围内,经过不同时间75C高温老化后测试其力学性能变化.结果表明,HMX基PBX经过高温老化后,呈现出压缩性能降低而拉伸性能增强的反向变化现象.结合高精度X射线断层扫描(...     

PBX压制过程中细观力学行为的二维数值模拟

应用圆形近似,建立了炸药颗粒随机分布的细观力学模型。进行了基于物质点法的奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)炸药压制过程中力学行为的数值模拟。重点分析了压制过程中体系的应力和温度的变化以及晶体颗粒的变形。模拟结果表明,压制过程可以分为整合和巩固两个阶段。在整合阶段,颗粒受到压力而重新排列,应力产生于颗粒与压缩面的接触部分,并形成了多条的应力链。应力链沿炸药颗粒间的接触面向上和向下传播,体系在受力的过程中温度逐渐升高,体系局部最大温升为10K。体系进入巩固阶段的塑性形变过程后,内部应力梯度减小,同时体系内部明显存在温差,最大温差为20K。     

PBX炸药含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系

为描述高聚物粘结炸药(PBX)的动态力学性能,将炸药内由微裂纹扩展引起的细观损伤,耦合到宏观粘塑性本构方程中,建立了含微裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系。针对某PBX炸药,开展了单轴压缩及断裂性能实验,研究了材料本构参数及本构关系计算算法,嵌入到ABAQUS软件中,数值模拟了该PBX炸药不同应变率条件下的力学行为。与实验结果对比表明,含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系能够表征PBX炸药动态条件下力学性能变化过程,可用于冲击环境下炸药损伤演化分析研究。     

炸药晶粒包覆结构对PBX动态损伤影响的近场动力学模拟

为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics, PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive, PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PBX的损伤响应。模拟结果显示,采用粘接剂1包覆时,相比于单层包覆而言,当加载速度分别为20,40 m·s^-1和60 m·s^-1时,双层包覆结构使HMX晶粒的损伤分别降低了42.8%,87.2%和46.8%,明显降低了PBX中HMX晶粒的损伤。HMX晶粒采用单层包覆结构时,损伤模式主要表现为穿晶损伤,采用双层包覆结构时,损伤模式转变为沿晶损伤。研究还得到了双层包覆结构下不同包覆材料对HMX损伤影响的定量结果,并据此得到了不同包覆结构的性能排序。同时发现包覆结构能够影响HMX晶粒内应力状态,从而影响HMX损伤程度。     

PBX炸药药片的摩擦感度响应特性

为研究高聚物粘结炸药(PBX)在摩擦作用下的响应特性,采用药片摩擦感度试验装置分别对PBX-923和PBX-2炸药进行了试验,采用冲击波超压传感器测量了样品的反应超压,根据回收样品分析了两种炸药的响应特性,计算了摩擦作用下PBX发生点火的摩擦功阈值和摩擦功率,分析了药片摩擦感度试验中炸药的点火机制。结果表明,炸药与光滑的钢板摩擦时PBX-923炸药和PBX-2炸药的反应摩擦功分别大于515.9 J和583.2 J,摩擦功率分别大于10.12 k W和11.44 k W,而PBX-923炸药与砂靶摩擦时对应的反应摩擦功阈值为294.7~368.3 J,摩擦功率为7.80~9.75 k W,PBX-2炸药与砂靶摩擦时反应摩擦功阈值为147.3~191.5 J、摩擦功率为3.90~5.07 k W,表明摩擦作用难以整体均匀加热PBX发生点火,炸药与砂靶摩擦的点火主导机制是摩擦引发的剪切作用点火。     

非线性超声技术检测TATB基PBX微损伤

针对高聚物粘结炸药(PBX)初始损伤及疲劳损伤问题,利用自行建立的非线性超声测试装置,对模压成型的两种密度三氨基三硝基苯(TATB)基PBX圆柱形试样及其在压缩疲劳过程中的非线性超声参量进行了测试,用断貌分析和计算机断层扫描(CT)验证了非线性超声检测结果。结果表明,与内部初始损伤程度较低的TATB基PBX试样相比,内部存在明显界面损伤的TATB基PBX试样的非线性超声系数明显偏高,非线性超声系数与TATB基PBX初始损伤程度之间有一定的相关性;在TATB基PBX试样疲劳加载至即将产生微裂纹时,非线性超声系数急剧增加并在产生宏观裂纹时达到极值,显示非线性超声参量可监测TATB基PBX疲劳损伤发展过程;TATB基PBX初始损伤程度不同其疲劳损伤速度和发展过程也不尽相同。     

加速老化对RDX基压装PBX炸药性能的影响

为研究聚丁二烯橡胶(BR)粘结剂在老化过程中对黑索今(RDX)基压装高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,采用71℃高温加速老化试验,测试了老化前后药柱的质量、体积、真空安定性、力学性能和机械感度,利用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察了炸药微观结构、元素含量和化学环境的变化情况。结果表明,经过高温长贮后,药柱体积和质量的变化率都小于1%,未见裂纹等明显缺陷;抗压强度增加74%,抗拉强度增加117%,撞击感度从8%降至4%,摩擦感度从18%降至8%;高温老化过程中炸药的安定性没有发生明显的变化。分析认为,在加速老化过程中,由于碳碳双键的不稳定性,药柱中的BR粘结剂发生氧化交联反应,使交联度提高,并受热软化、铺展,分布均匀化,使包覆和粘结效果增强,从而提高了炸药的力学性能并降低了机械感度。     

采用超声波特性参量研究PBX炸药的热处理

对压制成型Φ20mm×10mm高聚物粘结炸药PBX03试样进行了50℃条件下累积9天的热处理试验,采用超声波特性参量检测了热处理试样,获得了PBX03试样热处理作用及机理的新认识:PBX03试样的超声波增益和声速值在热处理过程中均呈现出趋同的特征;适当的热处理有助于改善PBX03压制件内部质量的一致性;PBX03中TATB的不可逆长大可能是前述结果的主要致因。     

等静压与模压JOB-9003炸药力学性能比较研究

测试了等静压和模压两种工艺成型的JOB-9003炸药在不同温度下的拉伸、压缩及三点弯曲等加载方式下的力学性能,并对两者进行了比较。研究结果表明：两种方式成型的JOB-9003炸药的拉伸、压缩及断裂韧度等力学性能均随着温度增加而降低,在常温下,两种方式成型的JOB-9003炸药的力学性能相当,但在35-55℃范围内,等静压成型JOB-9003炸药的力学性能明显偏高。     

压药工艺参数对成型药柱质量的影响研究

为解决弹药压装法技术中关键工艺参数的选择与控制问题,对影响药粒压制成型质量的因素进行研究.以PBX炸药为例,采用试验和仿真相结合的方法,结合炸药的特性,将PBX炸药粉末简化成有限个包覆有粘结剂的HMX球形颗粒,建立炸药体系的3维细观模型,对压药过程进行有限元仿真模拟,得出压力和保压时间对药柱质量产生影响的规律.结果表明:该研究可为弹药装药的研制与生产提供参考,具有一定的实用价值.     

压缩剪切作用下PBX的响应特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)在压缩剪切作用下的响应特性,采用设计的压缩剪切试验装置,对Φ20 mm×40 mm的PBX-932和PBX-C43在22~57 m·s-1撞击速度范围内进行了响应试验。试验中采用压力计测试了压力变化过程,通过高速录像照片分析了撞击过程,采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了两种炸药的响应特性。结果表明,随着撞击速度增加,两种PBX炸药的损伤度增加。在压力160~400 MPa,脉宽1.5 ms的压缩剪切作用下,PBX-C43和PBX-932的撞击速度阈值分别为25.5~27.7 m·s-1和22.7~24.4 m·s-1。两种炸药的反应程度基本一致。     

高聚物粘结炸药及其涂层的摩擦性能

分别采用材料试验机和纳米压痕仪测试了两种高聚物粘结炸药(PBX)材料(P1、P2)和两种高分子涂层(C1、C2)在宏观和微纳尺度上的摩擦性能,并对这四种材料的摩擦性能进行了比较,同时还对这四种材料在60℃、80%RH、2个月条件下老化后摩擦性能的变化进行了试验研究。试验结果表明:(1)两种尺度上的摩擦性能具有一定的相关性;(2)四种材料中,C1涂层摩擦系数明显偏大,与P1、P2差异明显,C2涂层摩擦系数与P1、P2比较接近;(3)老化后,只有C1涂层摩擦系数增大,其它材料摩擦性能没有显著变化。     

RDX级配对醇醛高聚物粘结炸药触变性的影响

为了研究浇注型醇醛高聚物粘结炸药的触变性能,采用触变环法探索了黑索今(RDX)级配及颗粒含量对料浆触变性的影响。触变环面积用于表征料浆的触变程度。结果表明,该料浆体系是假塑性流体,不同RDX级配的料浆具有不同程度的触变性。RDX级配数越高、颗粒越大的料浆触变性越小。小颗粒含量越高,大颗粒和中颗粒的级配对降低料浆触变性的影响越大。料浆的触变程度与小颗粒RDX含量呈正相关关系,与大颗粒RDX含量呈负相关关系。     

F2311含量对TATB基PBX蠕变性能的影响

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为原配方,制备了含氟弹性体(F2311)含量分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.4%的4种改性配方,采用动态力学分析仪研究了F2311对PBX的三点弯曲蠕变性能影响。结果发现,加入0.4%的F2311使TATB基PBX的抗蠕变性能下降,减少F2311含量有利于提高其抗蠕变性能。含0.05%F2311的改性配方PBX在60℃/6 MPa下的蠕变应变略低于原配方。研究同时采用六元件模型对TATB基PBX及其改性配方的蠕变行为进行模拟。得到了蠕变曲线的本构方程,理论预测模型和试验数据吻合良好。根据时温等效原理,获得了TATB基PBX及其改性配方在参考温度30℃下的蠕变柔量主曲线,结果表明含0.05%F2311的TATB基PBX改性配方的长期抗蠕变性能优于原配方PBX。     

温度对RDX基PBX压制成型内部质量的影响

针对黑索今(RDX)基高聚物黏结炸药(PBX)压装成型易出现裂纹损伤的问题,利用X射线、超声和密度检测等手段研究了压制温度、降温速率和升温速率对Φ60mm×60mm RDX基PBX药柱裂纹影响。结果表明:在药柱压制过程中增加保温,控制药柱冷却温度不低于45℃,降温速率和升温速率不超过5℃·h-1,可以有效地减少或消除药柱内部裂纹;提高压制温度,有利于提高药柱加工性能,改善炸药质量。     

CL-20/FOX-7基PBX的制备及其性能表征

为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?20)的安全性能,并保持其较高能量,以聚氨酯高聚物Estane为包覆剂,1,1?二氨基?2,2?二硝基乙烯(FOX?7)为含能降感成分,利用水悬浮包覆法制备了三种不同配比的CL?20/FOX?7基高聚物粘结炸药。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、撞击感度测试仪以及摩擦感度测试仪对样品的形貌结构、晶型、热分解特性以及样品的机械感度进行测试分析,用电测法对三种配比高聚物粘结炸药(PBX)爆速进行测试。结果表明,CL?20/FOX?7基炸药颗粒包覆效果较好,且CL?20和FOX?7均未发生转晶。三种CL?20/FOX?7基PBX表观活化能比细化CL?20分别提高了17.12,32.87 kJ·mol~(-1)和40.24 kJ·mol~(-1);活化焓(ΔH)较CL?20也明显提高;特性落高由细化CL?20的27.5 cm分别提高到58.3,56.5,54.2 cm。三种配比CL?20/FOX?7基PBX实测爆速分别为8474,8503,8577 mg·s~(-1),与PBXN?5相当,但特性落高较PBXN?5提升了48.5%以上,炸药安全性能明显提升。