PBX药柱温升过程中的性能变化研究

为全面了解温升过程中PBX药柱温度、应力和尺寸变化情况,利用瞬态-应力耦合有限元法对药柱温升过程进行模拟。结果显示:药柱温升过程中,热量逐渐向内部传递,初始升温阶段应力增大很快,最大达到2.37MPa,随着内外温差的减小而逐渐减小;药柱尺寸增大,密度减小约0.008g.cm-3。通过模拟可以初步确定药柱温升过程内部应力变化规律,预估尺寸和密度变化量,优化设计了一种炸药加热工艺,即将加热分四段进行,尽量降低升温速率,保证至少1800s的恒温时间。     

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。      

发射载荷下炸药装药密度对炸药应力和温度的影响

为确定发射载荷下炸药装药密度对装药应力和温度的影响程度,采用LS-DYNA热固耦合分析方法对弹丸膛内发射过程进行了数值模拟,研究了在炸药装药密度均匀和径向不均匀2种情况下装药应力（轴向应力、最大剪应力）和装药温度对发射载荷的响应,为弹丸发射过程中装药密度不均匀对发射安全性的影响提供参考。研究结果表明：装药密度径向不均匀较密度均匀时,装药的轴向应力最大值基本一致,温度最大值减小了0.8%,剪应力最大值增加了10.2%。由于装药密度的径向不均匀,发射载荷下装药内部有明显的剪切作用。     

熔黑梯炸药凝固过程的数值模拟与实验验证

为了解浇铸炸药的凝固过程,采用有限元法对熔黑梯炸药凝固过程中的温度场进行了模拟,并对凝固过程中可能产生的缩孔进行了预测.结果表明,熔黑梯炸药凝固过程中内外温差较大,中心位置附近的温度变化曲线在75 ℃左右存在拐点,在药柱中间位置将出现缩孔和缩松.另外还采用热电偶对熔黑梯炸药凝固过程中的温度变化进行了测试,采用工业CT对固化后的熔黑梯药柱内部质量进行了检测,并将数值模拟结果和实验测试结果进行了对比,结果表明有限元方法可以对熔黑梯炸药凝固过程进行有效模拟.     

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

空心装药通常采用压制成型工艺,为了研究工艺参数对装药质量的影响,采用基于连续介质力学的方法,建立了空心JO-9159炸药压制过程有限元仿真模型,仿真分析了JO-9159炸药压制成型过程的相对密度、位移以及等效应力变化规律。在此基础上,针对压制速率、初始相对密度以及摩擦系数3种主要工艺参数对JO-9159炸药压制成型质量的影响进行了仿真与分析。结果显示:压制过程中JO-9159炸药粉末主要是轴向流动,靠近阴模区炸药流动相对缓慢;压制速率为0.5 mm·s^-1时、摩擦系数为0.25时,成型后装药相对密度较为均匀,回弹量较小。     

模拟颗粒阵列动态接触力传递的实验研究

利用动态焦散线实验方法来模拟研究固体炸药晶体颗粒阵列受到动态载荷作用下的接触力传递问题.利用直径5mm厚度2.5mm的有机玻璃圆满来模拟炸药晶体,通过小口径步枪发射的枪弹来施加动态载荷.利用焦散线方程来计算接触力.实验表明应力链是接触力传递的主要模式.应力链中接触力有决裂的振荡,撞击位置是应力链的分岔点且有高度的应力集中.     

淹没空化水射流倒空钝黑铝炸药实验研究

为了探索淹没空化水射流倒空弹药装药的作用过程和安全性,以钝黑铝炸药为实验对象,开展了淹没空化水射流倒空弹药装药实验研究。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得钝黑铝应力应变力学性能;搭建空化水射流倒空实验装置,考察空化水射流对钝黑铝的冲击破碎效果和作用机理;采用扫描电子显微镜(SEM)表征破碎颗粒形貌,获得空化水射流对钝黑铝细观破碎模式;搭建热电偶测温装置测量空化水射流冲击过程中钝黑铝内部温度变化,并结合钝黑铝差示扫描量热(DSC)测试结果,探讨实验过程的安全性。结果表明,钝黑铝应力应变曲线包括脆弹性阶段、非线性弹塑性阶段和应变软化阶段3个阶段,并且动态加载下的损伤具有应变率效应;空化水射流能够在15min内干净倒空钝黑铝炸药,收集得到的破碎颗粒最大粒径不超过3cm;钝黑铝的破坏主要是由空泡溃灭时产生微射流和冲击波的强大冲击作用所致,其细观破碎模式主要是晶体与黏结剂和铝粉之间的沿晶分离,并伴随少量的穿晶现象,没有发现晶粒破碎的现象;空化水射流倒空钝黑铝炸药是安全的,最高温度约达50℃,小于规定的热起爆温度(160℃),不易引发钝黑铝爆炸。     

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。     

TATB造型颗粒模压结构演变的X射线层析成像

利用X射线层析成像技术结合内置变形材料的形变特征,研究了TATB造型颗粒压制过程中颗粒变形和结构演变。CT图像显示:中部颗粒主要发生向下的压实变形,模具壁附近颗粒向下压实同时还会发生拱起变形;孔隙率变化主要发生在压制初期,即0~10 MPa压力下,上、中、下各部位(分别距顶面5,20,35 mm处)孔隙率分别减少了73%,62%和58%,压制各阶段孔隙率沿轴向由上至下递增;颗粒主要在压制方向(轴向)发生位移,模具与颗粒间的摩擦力大于颗粒间摩擦力,中部的颗粒向下发生较大位移。结果表明,X射线层析成像可无损表征造型颗粒受压过程内部结构演变,颗粒形态变化和相互接触关系揭示了受压颗粒间作用模式,颗粒位移间接反映了炸药内部应力传递情况。     

温度对PBX炸药压制的作用

以模压法压制的样品的密度和压缩强度随造型粉装药量的增加而降低,证明压制过程中样品内部存在应力梯度;常温压制的药柱的密度和压缩强度明显低于高温压制样品的密度和压缩强度。其原因在于高温使造型粉的粘结体系软化,降低造型粉之间的摩擦,从而降低应力梯度,尤其是当温度超过粘结体系的熔融温度后粘结体熔化、冷却形成一个整体,因此升高压制温度可以明显地提高炸药的压制质量。     

炸药等静压工艺安全性的数值模拟研究

针对静压药工艺过程中炸药的安全问题,对等静压工艺和普通压装工艺进行数值模拟。建立了等静压和普通压装2种计算模型,采用有限元方法进行了炸药等静压工艺的数值模拟,计算了等静压作用下炸药内部的压力和温度的变化趋势,同时进行普通压装工艺的数值模拟,并将等静压工艺和普通压装工艺进行了对比。研究结果表明:在相同的比压下,等静压工艺中炸药的最大温升和塑性应变均比普通压装工艺小,炸药等静压工艺比普通压装工艺更安全。     

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.     

等静压炸药装药技术发展与应用

为了使等静压炸药装药技术从高端特殊行业推广应用至常规弹药,概述了等静压炸药装药成型的工艺特性及工艺方法,综述了等静压炸药装药的研究现状。分析认为,等静压炸药装药是使炸药装药的能量水平与弹药发射安全性同时得到提高的重要技术途径,在等静压装药前或压制成型过程中对物料抽真空排气,有助于改善装药的致密性和内在质量。针对常规战斗部对高品质炸药装药技术的发展需求,提出了等静压技术在常规弹药中应用的建议。     

压制退模一体机控制系统

为满足小批量火工品药柱生产需求,设计一种能自动识别并连续进行压制退模的控制系统。通过对压制及退模过程中压力特性曲线进行分析,建立系统控制模型。实际测试结果表明：该控制系统运行稳定,能准确辨识出压制及退模工序并切换相应控制程序;在压制模式下能满足设计精度要求。     

火工品压药工艺方法的改进

在分析火工品药剂压药特性的基础上,结合智能控制理论,研制了一台自动压药机系统,实现了压药工艺过程的自动化,大大提高了压药密度的一致性。     

压应力对浇注PBX装药侧隙缺陷的影响

采用加压技术,研究了压应力和邵氏硬度对一种浇注高聚物粘结炸药(P-1)装药固化后侧隙缺陷的影响,分析了压应力、应变的关系,得到了P-1炸药加压固化过程中压应力-应变曲线的方程。对采用加压固化的炸药进行了CT检测。结果表明:当应变小于3.232%时,压应力低于0.071 MPa,压缩模量2.27 MPa。当应变大于3.232%时,压应力和模量值迅速上升。固化5~25 h,邵氏硬度由3 HA增加到59 HA。在初始邵氏硬度为8~24 HA时,施加14.2 k Pa压应力,应变为1.3%。辅助加压技术可有效消除装药侧隙缺陷。     

爆炸罐模拟仿真优化设计技术研究

针对目前对含能装置内部含能材料作用过程的模拟开展得不多的问题,以爆炸罐结构为例进行仿真优化设计技术研究.利用 LS-DYNA 有限元软件对 2 种结构形式爆炸罐的作用过程进行模拟仿真计算,研究分析爆炸罐罐内火炸药的作用过程、罐壁应力分布和变形,及最大应力和变形所处的位置.以此为依据,通过对 2 种结构形式爆炸罐的应力和变形进行分析得出爆炸罐的最佳结构性式,并在此基础上提出应开展的研究方向.结果表明:该方法能使含能结构的研制方法从工程估算、实验研究提升到数字模拟优化设计,还能提供准确的应力分布和变形结果.