聚脲-钢板夹层结构抗爆性能研究

摘要：聚脲弹性体具有良好的力学性能,喷涂于结构上能够提高其防护性能。为研究聚脲喷涂钢板结构靶板的 抗爆性能,运用数值计算与试验研究方法,对聚脲弹性体-钢板夹层结构进行多种工况下抗爆性能研究。主要分析靶 板的变形特点与吸能特性,并选用2 种不同的聚脲夹层靶板对数值计算结果进行验证。结果表明：靶板在抗爆过程 中,聚脲弹性体的存在不仅能吸收大量的能量,而且能抑制靶板发生大变形;为提高靶板抗爆能力,防止破片产生, 其面板与背板需要有较好的强度与刚度。     

高速摄像防护结构抗水中爆炸冲击仿真研究

高速摄像机拍摄水中爆炸图像时,用于安装摄像机的防护结构在水中爆炸冲击波作用下可能产生塑性变形和较大位移,影响到高速摄像系统使用安全和图像拍摄效果;作者设计了高速摄像机水中抗冲击防护结构,为验证防护结构强度设计的合理性和水下爆炸作用下的稳定性,利用ABAQUS软件对防护结构抗水下爆炸冲击性能进行数值仿真计算,用冲击因子设置4个仿真计算工况;计算结果显示：防护结构在60 kgTNT当量装药、0．5的爆炸冲击因子作用下未产生塑性变形,产生的位移小于5 cm,防护结构强度和稳定性满足该条件下摄像机安全防护和水中爆炸图像拍摄使用要求。     

近域爆炸瞬态温度场作用下聚脲涂层灼烧损伤特性

为研究爆炸瞬态温度场作用下聚脲抗爆涂层的灼烧损伤特性,针对不同厚度(1 mm、4 mm和6 mm)的聚脲材料涂覆胶囊式储液容器进行近距爆炸条件下的实验测试。通过爆炸实验获得了聚脲涂层遭受爆炸瞬态高温灼烧后的宏-微观损伤特性,并结合比色测温技术及数值模拟方法分析了爆炸温度场对聚脲材料的灼伤机制。研究结果表明：本研究实验条件下,钝化黑索今(RDX)爆炸温度最大值约为3792 K,大于聚脲材料的初始分解温度(231.2℃)。灼烧现象主要发生在聚脲材料表层,当表层与内部孔洞之间薄层被贯穿破坏时,爆轰产物进入材料内部孔洞导致聚脲的灼烧深度明显增加,并形成斑点状的灼烧外层。聚脲的灼烧程度与爆轰产物密度、爆轰产物沿聚脲层厚度方向传播速度正相关,爆轰产物作用于聚脲层的单位面积质量达到0.0195 g·cm^-2时发生灼烧,且热传导是造成聚脲发生热分解的主要原因。研究方法及结论可为工程防护评估及抗爆聚脲改性提供参考。     

爆炸载荷下蜂窝夹层复合结构吸能特性研究

蜂窝结构具有良好的吸能特性。将蜂窝结构作为夹层,研究复合靶板在爆炸载荷下的变形以及能量吸收特性。采用数值模拟方法对比分析了在相同爆炸载荷下蜂窝横向放置、纵向放置以及在这两种蜂窝内填充橡胶等四种不同夹层结构的复合靶板的变形以及吸能特性。结果发现:不同蜂窝夹层复合靶板变形以及吸能特性各不相同。蜂窝纵向放置时复合靶板各部分变形显著、吸能比例较为平均,而横向放置时复合靶板主要以面板的大变形来吸收能量。在蜂窝内填充橡胶会影响蜂窝以及复合靶板的吸能能力。填充橡胶的横向放置的蜂窝复合靶板吸能能力最好且具有较小的变形。     

热塑性弹性体在太根发射药中的应用研究

为了提高高能硝胺太根发射药的力学性能,在配方中添加了热塑性弹性体(TPUE)。测试了发射药的静态力学和定容燃烧性能,研究了TPUE添加量对发射药力学、能量和燃烧性能的影响。研究结果表明:加入1%～3%TPUE的硝胺太根发射药,在火药力(f)大于1150kJ.kg-1时,低温冲击强度提高60%以上,显示出高能量高强度的特征。随着TPUE含量的增加,火药力逐渐降低,余容α略有上升,压力指数n逐渐增大,TPUE加入量为3%时,f、α、n分别变化2%、1.4%和5.3%。     

水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究

为探究夹芯结构在水下舷侧防雷舱中应用的可行性,比较了不同结构形式防雷舱的变形吸能特性。设计了4种不同吸能结构形式的防雷舱,并分别开展了300 g TNT水下接触爆炸毁伤试验。通过对比分析防雷舱内部舱壁板的变形破坏情况发现：以液舱内壁柔性大变形进行吸能的结构形式,边界必须有强支撑结构,支撑不足时难以发挥薄膜拉伸吸能效果;利用液舱内壁-弧形板-吸能舱内壁整体变形吸能的吸能舱夹芯结构形式,弧形板在为液舱内壁提供有力支撑的同时还可随液舱内壁共同变形吸能,有效提高防雷舱的防护能力;进一步在弧形板间添加泡沫铝,未能取得更好的防护效果;弧形板前移至液舱的夹芯结构形式,弧形板的设置导致水中能量未能充分耗散至整个液舱,能量的汇聚致使内部舱室产生了更严重的破坏。     

准静态及动态载荷加载下聚脲材料的力学性能

为分析聚脲材料在准静态及动态载荷加载下的力学性能变化规律,开展了霍普金森压杆冲击试验研究.利用万能材料试验机和霍普金森杆对聚脲材料进行力学性能测试,获得各应变率下材料应力-应变曲线,结果表明:准静态载荷加载下的聚脲材料切线模量随着应变的增大而呈现类似指数函数增长趋势,动态载荷加载下呈现类似线性降低趋势;随着应变率的增加,聚脲材料强度(拉伸强度和屈服强度)、断裂能逐渐增加.由此可见:聚脲材料具有显著的应变率效应;聚脲材料高应变率载荷加载下的"递减硬化"特性与聚脲抗爆、抗冲击特性密切相关;从低应变率到高应变率加载,聚脲材料存在有橡胶态到玻璃态的转变,强度显著增强.     

典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能

爆炸冲击波是炸药爆炸时产生的强间断载荷,是引起人体颅脑、肺部等含气器官组织直接损伤的主导危害。基于Q235钢钢材和复合材料+液体两种典型材质的防爆装备,开展多种TNT药量的静爆试验和数值计算,研究空爆(FAB)、钢制防爆罐(SEP)和柔性防爆罐(FEP)3种不同防护条件下冲击波传播衰减规律,分析SEP和FEP两种典型防爆装备的响应过程与防护机理,获得典型装备冲击波超压峰值削弱防护的经验模型。研究结果表明：SEP和FEP可以大幅度削弱内爆炸冲击波载荷,相较于同位置处的FAB,SEP可削弱冲击波超压峰值55.4%～66.3%,FEP可削弱超压峰值57.2%～77.7%,且过当量爆炸时FEP的冲击波防护能力明显高于SEP;分析SEP和FEP的主要防护机理均为绕射遮蔽作用,但FEP的顶盖显著增加了冲击波与结构作用时间,通过水的动量提取效应和不同波阻抗界面反射削弱逃逸冲击波强度,而SEP中的冲击波仅通过刚性材料反射消耗后迅速绕射逃逸;建立了SEP、FEP冲击波峰值超压削弱经验模型,与试验结果相比SEP、FEP削弱模型平均误差分别为2.4%和10.2%;得到的典型装备冲击波削弱规律及防护经验模型为...     

国外舰艇抗水下爆炸研究进展

分析了水下爆炸对舰艇破坏的特点和开展舰艇抗水下爆炸研究的意义。从理论研究、试验研究、仿真计算研究、毁伤评估和规范标准研究、抗冲击防护研究5个方面对国外舰艇抗水下爆炸研究情况进行了综述,并提出我国要加强舰艇抗水下爆炸研究的建议。     

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真,应用非线性有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA分析不同防护结构对水中冲击波的防护效果.其数值模拟控制方程包括:质点运动、动量守恒、质量守恒、能量守恒、本构及状态方程6类.并以钢板、钢-铝、钢-橡胶等组合为例,使用流固耦合方法计算炸药对结构的作用.结果表明其采用的物理模型和数值算法较为合理.     

分数Maxwell黏弹性胶体阻尼缓冲器启动流模型

针对黏弹性胶体在阻尼缓冲器中流动时黏弹性较强,用于模拟和研究阻尼缓冲器间隙流和孔隙流启动流模型较少的问题,提出一种含准态特性参数、用于研究黏弹性胶体阻尼缓冲器启动流的分数Maxwell模型。阻尼缓冲器阻尼孔和节流间隙中启动流的流动情况简化为圆管内加速流动和两平行板间一板不动、一板加速运动两种单向加速启动流形式,按照实际工况设立控制方程、初始值和边界条件,采用有限差分法求得分数Maxwell模型的数值解,并通过试验证明了模型的准确性。数值模拟和试验测试结果表明：分数Maxwell模型模拟的流体具有良好的黏弹性,其应力呈线性增长趋势;随着模型参数α、β和ζ的增加,分数Maxwell模型流速分布曲线曲率呈下降趋势;启动流试验测试系统捕捉到的黏弹性胶体在阻尼孔中启动流形状从扁平状发展为抛物线状,该结果与分数Maxwell模型模拟结果变化趋势相同;分数Maxwell模型模拟的流体最大液面高度和最大曲率距离与试验结果相吻合,最大误差分别为4.79%和4.67%,证明了所提出的分数Maxwell模型可准确地模拟黏弹性胶体在阻尼缓冲器的阻尼孔和节流间隙中的启动流特性。     

热塑性弹性体对硝胺发射药力学性能和燃烧性能的影响

为提高含大量高能固体填料硝胺发射药的力学性能,在其中加入一定量(质量分数为2%)的聚氨酯热塑性弹性体(TPE).采用低温落锤冲击韧性试验、简支梁抗冲击强度和密闭爆发器试验,研究了聚氨酯热塑性弹性体对硝胺发射药力学性能和静态燃烧性能的影响.研究表明,聚氨酯热塑性弹性体能有效提高硝胺发射药的低温落锤冲击韧性和抗冲击强度,并...     

基于新型聚氨酯弹性体材料在PBX 炸药载体中的应用

为提高高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)炸药载体的力学强度,在炸药的粘结剂体系中引 入聚氨酯弹性材料进行聚醚/聚酯粘结剂高强度载体设计。通过调控聚氨酯弹性体制备过程中多元醇的比例和分子 量、固化剂的种类,利用旋转流变仪和多功能万能材料试验机开展材料固化速率性能分析和固化后聚氨酯弹性体对 端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene , HTPB)粘结剂体系力学强度影响规律分析。结果表明： PCL_PTMG 聚氨酯弹性体拉伸强度的大小与固化剂的固化速率相关;改变聚酯聚醚分子量对弹性体抗拉强度的影响 不大;当聚酯聚醚的比例为4:1 时,弹性体抗拉力学强度最优;聚氨酯弹性体增大了HTPB 粘结剂体系强度。     

两种固化剂对PBT弹性体力学性能的影响

为了研究固化剂化学结构对3,3-双叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)弹性体力学性能的影响,分别以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与水的加成产物N100、三羟甲基丙烷与HDI混合物(TMP/HDI)为固化剂,通过与PBT反应制备得到不同固化剂交联的PBT弹性体。采用力学、低场核磁、红外分析方法,考察了异氰酸酯固化剂结构对PBT弹性体力学性能的影响规律。结果表明:相同化学交联网络密度下,PBT-N100弹性体S0的断裂拉伸强度为(0.983±0.03)MPa,延伸率为(110±7)%,初始拉伸模量为(1.80±0.02)MPa;PBT-TMP/HDI弹性体S4的断裂拉伸强度为(1.43±0.08)MPa、延伸率为(336±6)%,初始拉伸模量为(1.26±0.01)MPa。PBT-N100弹性体S0网链物理交联强度高于S4。N100中脲羰基与氨基较强的氢键作用提高了PBT弹性体网链间的物理相互作用,使得弹性体S0拉伸模量高于S4、延伸率低于S4。     

高增塑PEG弹性体网络结构与力学性能关系

为了建立硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂中高增塑的聚乙二醇（PEG）基聚氨酯的微观结构与宏观力学性能的相关性,以缩二脲三异氰酸酯（N-100）为多官能度固化剂,与硝酸酯增塑的PEG混胶固化,制备了固化参数1.2~1.7的高增塑PEG弹性体。采用单轴拉伸、X射线衍射、低场核磁共振、平衡溶胀测试方法,对PEG弹性体交联网络微观结构特征进行研究,并基于低场核磁结果,分析了不同网链结构对高增塑PEG弹性体力学性能的影响。结果表明：由于高增塑的特性,PEG弹性体为非晶态,悬尾链与自由链总比例大于85%,交联网络结构完整度低,弹性体呈高伸长率、低抗拉强度和低初始模量的特点。弹性体抗拉强度和初始模量均与交联链网链密度呈正相关;随着物理暂时缠结网链密度的升高,最大伸长率先升高后降低。固化参数为1.6的CU-5弹性体交联网络最完整,抗拉强度为0.80 MPa,最大伸长率为1456%,力学性能最优。2种方法测得的网链密度满足低场核磁法交联链密度（ν_L,A）<溶胀法网链密度（ν_s）<低场核磁法交联链与悬尾链总网链密度（ν_L,A+B）的大小关系。     

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。     

点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题研究的综述

点阵金属夹芯结构是一种具有良好缓冲吸能特性的新型材料结构。为全面了解其在抗爆炸冲击方面的力学性能和在轻质装甲防护结构方面应用的潜力,介绍了新型点阵金属材料的基本概念;分析了点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击过程的理论分析模型、夹芯结构的变形失效形式、抗爆吸能特性和相关影响因素;讨论并展望了点阵金属夹芯结构的发展趋势。     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

无机聚合物混凝土高温性能研究综述

分别从无机聚合物胶凝体高温性能,无机物聚合物混凝土高温劣化机理,高温静、动力学特征,耐火混凝土5个方面综述了目前国内外关于无机聚合物混凝土高温性能的研究进展,指出并探索无机聚合物混凝土高温性能需要进一步深入研究的问题和今后的发展方向。