高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

高聚物粘结炸药蠕变行为的近场动力学模拟方法

近场动力学是一种新的无网格方法,发展了其对材料粘弹性力学行为的分析能力。采用Burgers粘弹性模型,结合非线性粘弹体的时间-应力等效原理,推导出非线性粘弹体在不同应力下的蠕变柔度的表达式和近场动力学蠕变本构力函数,建立起可应用于高聚物粘结炸药的近场动力学蠕变模拟方法。模拟了PBX9502的蠕变行为,并通过实验验证。建立的方法可用于高聚物粘结炸药在温度和应力共同作用下的蠕变行为分析。     

超声振动对炸药模拟材料车削表面质量的影响

以MJ-9159炸药模拟材料超声振动车削及数字共聚焦表面微观形貌测量为试验基础,针对炸药材料较差的加工性及对力和温度冲击的敏感性,研究了超声振动车削的切削机理,对比分析了普通车削和超声振动车削以及2,3.4,5μm振幅超声振动车削模式对加工表面质量的影响。结果表明,超声振动车削表面质量优于普通车削。基于应力波作用的断屑方式,使用分离式超声振动切削状态即转速60 m·min-1、振幅5μm时车削表面质量最好。     

热老化对TATB基高聚物粘结炸药力学性能的影响

对某TATB基高聚粘结炸药(PBX)进行了55～75℃加速老化试验,并对老化前后的样品进行了不同温度下压缩性能、拉伸性能和弯曲蠕变实验,用扫描电子显微镜对老化前后炸药高温拉伸断口形貌进行了观察。结果表明:长期高温贮存后,TATB基高聚物粘结炸药晶体与粘合剂仍具有良好的粘合界面,其模量、破坏强度、破坏应变和稳态蠕变速率等力学性能指标均未发生明显的变化。     

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。     

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.     

固化温度对浇注PBX固化应力的影响

为改进固化工艺,确保浇注高聚物粘结炸药(PBX)的发射安全性,采用自制的间接应力感应器测试了浇注PBX药浆从液态到固态转变过程中应力的变化。研究了固化温度对浇注PBX固化应力的影响。结果表明:热固性浇注PBX固化过程包括从常温到固化温度的快速热膨胀,恒温固化阶段的热膨胀与交联收缩及固化降温时的冷缩变形三个阶段。研究了恒温固化过程中测试瓶的变形。根据变形情况计算了浇注PBX的固化应力。固化温度对PBX变形影响明显。当固化温度为100,90,80,60℃时,浇注PBX在固化过程中的最大热应力分别为2.14,0.72,0.56,0.29 MPa;固化过程的收缩应力分别为0.29,0.25,0.24,0.21 MPa,显示固化温度对恒温阶段固化热应力及收缩应力影响较大,固化温度越高,固化热应力及收缩应力越大。可以根据固化过程的应变-时间曲线,采取前期低温固化以减小固化应力,在固化应力变化平稳的后期升高温度以提高效率的变温固化工艺。     

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。     

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。     

PBX炸药及其模拟材料冲击损伤的试验研究

文中利用轻气炮驱动飞片加载技术对JO-9159炸药及其模拟材料样品进行了冲击加载,使其产生损伤,利用锰铜压阻计测量了试件的冲击压力。通过扫描电镜（SEM）对回收样品进行了显微观察．分析比较了炸药和模拟材料在冲击载荷作用下的损伤破坏模式。结果表明两者都具有脆性材料的损伤破坏特征,相对于PBX炸药模拟材料具有更明显的脆性特征。在细观上,PBX和模拟材料的损伤破坏模式是以微裂纹为主的脆性损伤,模拟材料的破坏主要表现为造型粉颗粒的破裂、破碎形成裂纹,而PBX炸药主要表现为颗粒之间的脱粘,并伴有颗粒的破碎。     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。     

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。     

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。     

一种HMX基PBX炸药在热与落锤撞击复合作用下的响应特性

为了研究炸药在热与撞击复合作用下的安全性,采用自行设计的试验装置,对Φ20mm×8mm的HMX基PBX进行了20~170℃范围内不同温度下50kg落锤撞击试验。试验中利用压力传感器测试撞击过程中炸药受力变化。利用高速摄影系统拍摄炸药撞击点火过程。获得了PBX炸药在不同温度下的撞击响应特性。结果表明,成型PBX炸药的撞击安全性与温度密切相关,其中82℃时撞击安全性提高,170℃时撞击安全性明显变差。在20~170℃范围内,随温度升高,PBX炸药的撞击感度先降低而后逐渐提高,这与PBX炸药在高温下的力学性能发生变化、热膨胀、热分解导致的损伤以及HMX发生晶型转变等因素有关。     

红外测温技术测量温压炸药爆炸温度

为了准确测量温压炸药爆炸温度,提出一种利用红外热像仪测量爆炸温度的方法。根据辐射测温原理建立红外热像仪测温模型,首先,结合爆炸火球辐射特性,进行红外热像仪的辐射定标、推导爆炸温度的计算公式,火球辐射温度反演。然后,讨论发射率和大气光谱透过率对测温精度的影响,并给出对应的补偿方法。以PMX炸药为例,应用该方法进行辐射定标和爆炸温度测量,获得爆炸火球随时间变化曲线。实验证明该方法是一种高稳定性、简单有效的测温方法,本研究为爆炸场温度测试提供了切实可行的解决方案。     

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.     

超声椭圆振动切削轨迹变化对表面形貌的影响

通过改变刀尖振幅和相位差,研究超声椭圆振动切削过程中刀尖轨迹变化的运动特性。分析椭圆振动切削轨迹形状和轨迹偏转变化对加工表面形貌的影响,建立椭圆振动切削轨迹变化切削方向残余高度模型;利用研制的导波传输超声椭圆振动切削装置,改变相位差实现椭圆振动切削轨迹精准控制,分析对其加工表面质量的影响。实验结果表明：椭圆振动切削轨迹变化同时引起的切削方向残余高度和刀具动态角变化是影响加工表面质量的重要因素;在超声椭圆振动切削加工中存在一个相位差值,对抑制毛刺和崩边、提高加工表面质量具有最佳的效果。     

旋转超声加工振幅与实际切削深度特性研究

旋转超声加工中金刚石砂轮超声振幅大小、实际切削深度的正确判定以及工艺参数对金刚石砂轮超声振动幅度影响规律的研究对旋转超声高效精密加工有着重要意义。结合旋转超声加工(RUM)时磨粒的运动及切削特性,分析了磨粒的实际切削深度特性,开展了实际切削深度与超声振幅关系的试验研究;通过改变主轴转速、进给速度、切削深度等工艺参数,讨论了工艺参数对加工时金刚石砂轮超声振幅特性的影响。研究表明:旋转超声面铣削加工时,超声振幅与轴向进给的有效叠加决定实际切削深度;金刚石砂轮的超声振幅具有一定的稳定性,可以有效确保旋转超声加工工件的尺寸精度。