PTFE基含能药型罩制备及毁伤性能研究

选取了不同PTFE(聚四氟乙烯)基反应材料,通过模压烧结的工艺制备了一批具有一定强度的PTFE基含能药型罩,并利用炸药对其进行直接驱动撞靶实验。结果显示:各PTFE基含能药型罩都能在炸药驱动下成功撞击反应,Mg/PTFE反应材料制备的药型罩和Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩对靶板开孔效果极好,开孔直径分别为13cm和12cm;而Al/Fe_2O_3(AR)/PTFE反应材料制备的药型罩仅在撞击部位造成变形凹坑。研究表明靶板穿孔效应与PTFE基含能药型罩所能承受的最大真实应力值有关,药型罩所能承受的最大真实应力值过小会导致药型罩对靶板穿孔扩孔失败。     

三元氟基反应材料的压缩力学性能与毁伤效能研究

为研究氟基反应材料的爆炸反应过程及对目标靶板的毁伤效能,在PTFE/Al的基础上分别加入15%体积分数的Fe2O3、Mo O3、Mn O2,制备了3种三元氟基反应材料,测试了其准静态压缩条件下的力学性能,以及所制备的药型罩在炸药驱动下对靶板的穿孔扩孔效应。研究结果表明,3种材料均具有较高的结构强度,且制备成的药型罩在炸药的驱动下均能发生爆炸反应,直接贯穿厚度为10mm的钢板。其中,PTFE/Al/Mo O3材料穿孔扩孔能力最强,是一种优异的毁伤材料。     

三种反应材料药型罩对双靶板毁伤性能实验研究

为验证Al/PTFE、Ni/PTFE、Al/Fe_2O_3/PTFE 3种氟基反应材料的毁伤性能,通过模压烧结的方法制备了3种氟基反应药型罩,同时进行了破甲验证试验。结果显示:3种氟基反应药型罩均能在炸药驱动撞击下发生化学反应,并能有效贯穿第1层靶板,Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩撞击时对靶板的径向膨胀扩孔效应最明显,对第1层靶板的开孔直径达到16cm,但未能贯穿第2层靶板;Ni/PTFE反应材料制备的药型罩在贯穿第1层靶板后能有效贯穿第2层靶板,且对第2层靶板的开孔直径达到1.5cm;3种氟基反应药型罩对第1层靶板的开孔大小依次为Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)、Al/PTFE(1~#)、Ni/PTFE(2~#);对第2层靶板的开孔大小依次为Ni/PTFE(2~#)、Al/PTFE(1~#)、Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)。     

HTa填充改性Al/PTFE反应材料的力学响应与侵彻毁伤

为了研究储氢钽粉（HTa）对铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）反应材料的材料密度和能量密度的影响,制备了4种不同HTa含量（5%,10%,20%,30%）的Al/HTa/PTFE和不含HTa的Al/PTFE圆柱体试件,通过霍普金森压杆实验和弹道枪撞靶侵彻实验,对材料的动态力学性能、点火阈值、撞击毁伤与释能特性进行了对比研究。结果表明,Al/PTFE和Al/HTa/PTFE均为弹塑性材料,应力-应变变化趋势一致。4种Al/HTa/PTFE材料点火阈值分别为4470,5620,5135 s-1和3948 s-1,点火延迟时间随HTa填料的增加呈先降后升的变化。与Al/PTFE反应材料相比,Al/HTa/PTFE弹丸在间隔靶之间的反应区显著扩大,对靶板造成严重黑色烧灼痕迹,产生积碳效果,侵彻能力与二次破片毁伤得到提升,能进一步增强材料的撞靶毁伤水平。     

球形含能结构材料弹体超高速撞击多层薄钢靶的毁伤特性

为研究含能结构材料对多层薄钢靶的超高速毁伤特性,利用二级轻气炮开展了PTFE/Al基和Al基全金属两种含能结构材料超高速撞击多层钢靶的典型毁伤模式研究,得到了材料类型和侵彻速度对毁伤效应的影响。研究结果表明,相比于惰性金属材料,两种含能结构材料对多层薄钢靶均具有明显的靶后横向毁伤增强效应,能够对第二层靶板产生大破孔的毁伤效果,破孔孔径可达弹径的4倍以上。基于AUTODYN数值仿真软件开展了含能结构材料参数有效性验证和含能弹体不同侵彻速度下毁伤效果的数值仿真,结果显示J-C强度模型联合Lee-Tarver三项式点火反应模型和J-C强度模型联合Shock状态方程分别能够较好地描述PTFE/Al基和Al基全金属含能结构材料对多层薄钢靶的破孔毁伤特性。此外,材料释能机制的差异使得提高侵彻速度对提升PTFE/Al基含能结构材料的毁伤效果的作用有限,但能够明显提升Al基全金属含能结构材料对多层钢靶板的毁伤效果。     

Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备及性能

采用模压烧结法制备Al/Fe_2O_3/聚四氟乙烯(PTFE)反应材料。通过万能实验机、落锤仪以及高速摄影仪对不同配比及烧结温度下成型Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料的准静态压缩力学特性及撞击感度进行了对比实验,对其发火性能进行了分析。结果显示,330℃烧结、PTFE含量为60%和70%的试件强度最高,最大真实应力达到46 MPa。350℃烧结、PTFE含量为40%的试件撞击感度最高,其特性落高H50为95 cm。Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料在受撞击发火的条件下会出现高温金属熔渣喷射现象。     

不同Al粒径的PTFE/Al活性射流作用双层间隔靶的实验研究

为了获得采用不同铝(Al)粒径制备而成的聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)活性药型罩作用双层间隔靶的毁伤威力特性,采用模压烧结成型法制备了5种不同Al粒径(10,30,70,200μm,50/70μm)的PTFE/Al活性药型罩,并开展了相应的静爆威力实验.研究结果表明:随着Al粒径从10μm增加到200μm时,活性射流对钢靶和铝靶的破孔面积、等效破裂孔直径、破孔隆起高度以及形成的破坏区域体积均呈现减小趋势,当Al粒径为10μm时破坏钢靶的毁伤参量为SSteel=0.4 CD(装药直径)、hAl=0.48 CD、VSteel=420 cm3,破坏铝靶的毁伤参量为SAl=3.8 CD、hAl=1.72 CD、VAl=2280 cm3.采用50 nm/70μm级配Al粒径的PTFE/Al活性射流对钢靶的穿孔效果显著提高,等效破裂孔直径dSteel=0.59 CD.结合实验相关数据拟合得到了活性射流对后效铝靶的爆裂毁伤效应分析模型.     

双层含能药型罩K装药射流成型及侵彻性能试验

为提高含能材料形成射流对目标的侵彻深度,设计了一种基于K装药结构的Al/Ni?Cu双层含能药型罩聚能装药结构,其内层罩为无氧铜,外层罩为Al/Ni含能结构材料。分别开展了Al/Ni?Cu双层含能药型罩与Cu?Cu双层药型罩的聚能射流成型X光试验、侵彻钢锭静破甲试验和对典型混凝土靶标的侵彻威力试验。研究结果表明,双层含能药型罩K装药起爆后可形成连续射流,侵彻的钢靶和混凝土靶中有明显的开坑区形成,但射流对侵彻过程的扩孔作用不明显。Al/Ni?Cu双层含能药型罩可发挥动能和化学反应的联合侵彻毁伤效应,与Cu?Cu罩相比,在靶中形成射流堆积更少,对钢靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了20.1%和23.0%,对混凝土靶的侵彻深度和侵彻体积分别提高了17.2%和45.6%。     

钢/铝/钢复合药型罩形成毁伤元数值模拟研究

为提高战斗部毁伤能力,设计一种钢/铝/钢复合变壁厚球缺型药型罩战斗部,运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟药型罩材料为钢、铝以及钢/铝/钢时毁伤元的成型状态,比较3种不同毁伤元对30 mm装甲钢靶板的毁伤效果,研究曲率半径对EFP性能的影响。结果表明:铝材药型罩形成的杆式侵彻体速度与长径比最大,钢材药型罩形成的EFP速度与长径比均很小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP速度、长径比均介于纯铝、纯钢之间;纯铝、纯钢药型罩形成的毁伤元对靶板的侵彻孔径随侵彻深度的增加而减小,而钢/铝/钢复合药型罩形成的EFP对靶板的侵彻效果较好,能够产生横向效应,且随着药型罩曲率半径逐渐增大,复合EFP的横向效应越明显,速度与长径比也逐渐增大。     

Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩性能与冲击释能特性

为了提高铝/聚四氟乙烯/钨(Al/PTFE/W)氟聚物基反应材料的冲击反应毁伤效能,开展了Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩实验。分析了W的含量(0%,30%,65%)、Al颗粒粒径(13,45,75μm)以及PTFE颗粒尺寸(25,160μm)对反应材料的准静态力学性能的影响。用准静态密闭反应容器对反应材料进行了冲击释能测试,测得反应材料在750~1200 m·s~(-1)的冲击反应压力、释能持续时间。分析了Al颗粒粒径及PTFE材料粒径对冲击反应释能特性的影响。结果表明,当W的含量为0,30%和65%时,反应材料的失效强度分别为55.6、64.8和22.8 MPa,W的含量变化对屈服强度的影响不大。Al颗粒的尺寸从75μm减小到13μm时,反应材料的失效强度从64.7 MPa提高到83.1 MPa,提高幅度为28.4%。增大PTFE基体材料的粒径也可有效地提高反应材料的失效强度。反应材料的初始反应压力阈值和释放能量持续时间受材料粒径和准静态压缩力学性能的影响。     

弹体非正撞击/侵彻载荷响应的一种半经验分析方法

针对非正撞击/侵彻情况下的弹体结构动响应预示问题,将球形腔膨胀理论与经验方法结合,提出了一种弹体非正撞击/侵彻动载荷计算的半经验方法.基于本文半经验方法,沿终点弹道计算侵彻弹体的动载荷时间历程,进一步运用模态叠加法求解弹体结构动响应,对多个弹体算例的侵彻过载和应力进行预示并与数值仿真结果对比表明本文方法具有较强适应性,...     

铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力的研究

为了研究水封爆炸胀接管爆轰结束端开裂现象并探究其界面结合形式,首次使用一种可靠的聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器对铝-钢同轴管水封爆炸胀接撞击压力进行测试,得到并比较了压力时程曲线。结果表明,沿金属导爆索爆轰波的传递方向,基管与覆管的碰撞压力峰值呈递增趋势,表明引起末端开裂现象的直接原因是压力的增加。计算得到撞击压力峰值的平均值为532.9 MPa。根据爆炸复合中撞击速度与撞击压力之间的关系,在已知撞击压力的情况下得到碰撞速度为52.57 m·s~(-1)。经分析可知,界面碰撞产生的温度并不足以使界面发生熔化。界面的金相照片亦显示其结合方式主要为金属间的直接结合,未出现过渡层和熔化现象,表明采用PVDF压电薄膜传感器测量水封爆炸胀接的撞击压力、利用所得数据来推断界面结合形式可行。     

Al/Fe2O3/PTFE材料压缩力学性能与冲击反应特性

为研究铝/三氧化二铁/聚四氟乙烯(Al/Fe_2O_3/PTFE)材料在准静态压缩情况下的力学性能和落锤冲击条件下的反应特性,在Al/Fe_2O_3基础上加入不同体积分数的PTFE作为粘合剂,制备了多功能结构性Al/Fe_2O_3/PTFE含能材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征。结果表明,在准静态压缩条件下,随着PTFE含量的增加,材料的压缩强度、应变硬化模量、屈服强度、密度以及最大真实应变逐渐增大。当PTFE体积分数由40%增加到80%时,复合材料的强度由16 MPa逐渐上升到87 MPa。在落锤冲击条件下,PTFE体积分数为40%和60%的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料均能在落锤冲击下发生剧烈爆炸和燃烧,而加入80%PTFE的复合材料在高速摄影下也仅观察到微弱的火星,反应十分微弱。随着PTFE的增加,复合材料的感度逐渐降低,特性落高分别为55,58 cm和85 cm,发火延时分别为50,100μs和200μs。40%PTFE含量的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料落锤冲击后产物为AlF_3、Al_2O_3、FeF_2和炭黑,证实了铝热反应的发生,FeF_2不是PTFE与Fe_2O_3反应的产物,而是由铝热反应产生的Fe与PTFE分解产物之间的化学反应产生的。     

碳/环氧复合材料的冲击拉伸

该文研究了T300碳纤维单向增强的环氧复合材料,在应变率从10~(-3)/s到10~3/s范围内的冲击拉伸行为.通过对实验数据进行拟合,得出该范围内材料对应变率具有弱的敏感性,表现在破坏强度及破坏应变随应变率增加不显著变化,平均模量几乎不受应变率的影响.分析了试件的几何尺寸效应,讨论了应力波作用对破坏形态的影响以及实验中观察到的拔出现象.从应变率在10~2～10~3/s附近材料行为某些非确定性,指出在更宽范围内了解其性能的必要性.     

溶胶-凝胶法制备RDX/SiO2纳米复合含能材料

利用溶胶-凝胶法制备RDX纳米复合含能材料的干凝胶及气凝胶。采用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对其形貌和晶体结构进行表征,测试了其热分解性能和撞击感度。结果表明,RDX含量为45%的RDX/SiO2纳米复合含能材料气凝胶的DSC分解峰温提前了15.4℃。SiO2凝胶基体可以降低RDX的撞击感度,并且随SiO2基体含量的增大降低幅度增大。     

93钨破片高速侵彻陶瓷/铝合金复合结构实验研究

利用二级轻气炮驱动正方体93钨破片速度到2 150 m/s,分别高速侵彻碳化硼/铝合金复合防护结构靶板、叠层铝靶板和间隔铝靶板。根据靶板在侵彻后的损伤与破坏分析,定量得到3种防护结构防护性能的差异,为爆炸容器的闪光照相防护窗口设计提供重要参考。     

SiC_p/A359复合材料冲击断裂行为

采用示波冲击试验及断口形貌分析技术,对液态搅拌铸造ＳｉＣｐ／Ａ３５９ 复合材料的冲击断裂行为进行了研究。结果表明,基体的塑性变形能力、界面结合情况及铸造缺陷都会影响ＳｉＣｐ／Ａ３５９ 复合材料冲击破坏抗力,而基体的塑性变形能力是决定因素。同时,讨论了在ＡＷ和ＡＷ＋ Ｔ６ 状态下ＳｉＣｐ／Ａ３５９ 复合材料不同的断裂机制     

身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞响应分析

为了研究膛内运动过程中身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞响应特性,以某口径火炮为原型,建立了身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,模拟实际接触碰撞过程; 为确保所获有限元模拟结果具有较高精度,分别从模型收敛性和罚因子设置两方面,对所建立的身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞模型进行验证; 基于已验证的有限元模型,对比分析不同初始接触碰撞速度及不同内膛磨损程度下相关接触碰撞物理量变化规律。结果表明:①接触碰撞过程能量损失与初始接触碰撞速度密切相关,初始接触碰撞速度越大,接触碰撞过程中的能量损失也越多; ②接触碰撞最大时刻,与弹丸前定心部发生接触碰撞的身管膛线条数接近身管总膛线条数的一半。     

水平冲击试验中二级冲击及避免方法分析

采用能量法结合被冲击体变形量的分析,对某型发射装置水平冲击试验的情况进行分析,计算其动荷系数;同时对二级冲击问题进行了分析,并就设计和试验中如何减弱二级冲击影响的方法提出了建议。