TATB基PBX张开型裂纹起裂及扩展行为

为研究1,3,5?三氨基?2,4,6?三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)中张开型裂纹在准静态载荷下的失效与破坏行为,设计了含预制裂纹的半圆盘弯曲试验,应用数字图像相关方法和90000 fps的高速摄影技术分别研究了实验中裂纹的起裂及扩展行为。结果表明,试样沿预制裂纹方向发生脆性劈裂破坏,应变分析显示裂纹尖端有显著的拉伸应变集中区域。在裂纹扩展路径上仅裂纹尖端区域的应变演化有显著的时间效应,且演化过程有一个显著的拐点,约0.85 p_(max)载荷,裂纹尖端的应变集中效应在拐点后才开始显现并快速扩展。裂纹扩展过程中有显著的塑性迟滞现象。裂纹尖端的应变分布和演化特性的分析表明,TATB基PBX在裂纹尖端局部发生了塑性变形,且塑性变形对裂纹的起裂与扩展行为有明显影响。     

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态断裂行为研究

对某高聚物粘结炸药（PBX）模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对其动态拉伸破坏过程进行了数值模拟。数值模拟与实验结果进行对比后发现,拉伸应力曲线、试样破坏前后变形场等结果符合较好。根据数值模拟结果,分析了PBX试样在动态预制裂纹半圆盘弯曲实验过程中的裂纹扩展演化规律,得到裂纹宽度比实验结果偏小约15%的结论。     

超声检测方法研究HMX及TATB基PBX的热循环性能

为了获得奥克托今（HMX）及三氨基三硝基苯（TATB）基高聚物黏结炸药（PBX）热循环性能,在-40~75 ℃条件下对HMX及TATB基PBX进行热循环试验,采用超声回波法对分别经历3N个（N=0,1,2,…,9）热循环周期的炸药试件的纵、横波声速进行了测试,通过弹性模量和泊松比的超声测量方法计算得到动弹性模量（杨氏模量、剪切模量）和动泊松比,通过拉伸力学性能试验对静弹性模量进行了测试,计算得到动静弹性模量比。结果在热循环试验过程中,随着周期增加,HMX基PBX密度降低且降低速率逐步平缓,TATB基PBX密度呈先降低并速率放缓后略微回升的趋势,HMX及TATB基PBX纵波声速、横波声速、动杨氏模量、动剪切模量的变化趋势与其密度变化趋势一致,动泊松比基本不变,纵、横波声速与密度具有正相关的线性关系,静弹性模量先降低再升高,动静弹性模量比先升高再降低,静弹性模量和动静弹性模量比的变化拐点HMX基PBX在第15个热循环周期,TATB基PBX在第21个热循环周期。说明PBX热循环损伤量与密度变化和内部微损伤密切相关,超声纵、横波声速可定量评价PBX热循环试验中的热疲劳损伤;PBX动、静态弹性模量的差别是由PBX的结构特征所决定的;PBX动、静态弹性模量的变化趋势由微观机制控制,内在因素包括PBX内部的微裂隙、孔隙黏结剂流动。     

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。     

基于X射线显微CT的PBX热冲击损伤特征

为研究小尺寸高聚物黏结炸药（polymer bonded explosive,PBX）半球的热冲击损伤特征,针对Φ10 mm TATB基和HNS基PBX半球样品开展了0～100℃水浴温度冲击实验,利用X射线显微层析成像（Micro-computed tomography,μCT）技术研究了样品损伤的三维形态和分布特征,并采用热弹塑性二维轴对称模型对样品温度冲击过程的热传导和热应力进行了模拟分析。CT结果表明温度冲击后2种样品均由边角起裂,其中TATB基PBX半球沿边部环向扩展,形态曲折,具有撕裂和脆断特征;HNS基PBX半球沿轴向基本贯穿,形态平直,具有脆断特征。数字模拟结果表明温度冲击过程中TATB基PBX半球内部产生较强的拉应力,由边角区域至中心区域拉应力先后超过其拉伸强度,导致主裂纹由半球边角区域萌生并向内扩展。样品损伤形态与温度冲击作用下的应力分布特征、黏结剂温度特性吻合。本研究为TATB基和HNS基PBX温度冲击损伤机理分析奠定了基础。     

温度对高聚物粘结炸药模拟材料拉伸性能的影响

采用标准巴西实验研究不同温度条件(从室温到90℃)下高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的准静态力学行为。采用电荷耦合器件相机和数字图像相关方法测量宏观变形场,测得PBX模拟材料的破坏载荷、拉伸强度等参数;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的平面应变断裂韧性,利用扫描电子显微镜观察巴西实验断面形貌。结果发现,拉伸强度和断裂韧性随温度的增加而降低,同时,随着温度的升高,PBX模拟材料脆性降低。其破坏模式主要由穿晶断裂向沿晶破坏转变,是温度产生的热损伤膨胀破坏和应力产生断裂的复合破裂模式。     

HMX基PBX试件与聚氨酯粘接胶之间的相容性

用微热量热仪得到了100℃下老化20d内HMX基高聚物粘结炸药(PBX)与聚氨酯粘接胶及二者接触体系的放热量和放热速率随时间的变化曲线。用TG-DSC和FTIR分析了老化前后的样品。结果表明:HMX基PBX与聚氨酯粘接胶是相容的;受热后,HMX基PBX试样的表面结构没有变化,而聚氨酯粘接胶部分结构发生了降解。     

某HMX基PBX温压时效处理过程变形规律数值模拟

为掌握高聚物粘结炸药(PBX)内部弹性应变向塑性应变转化规律,应用时温等效原理推导80℃的HMX基PBX蠕变曲线,并由ANSYS有限元软件拟合得到基于修正时间硬化理论的蠕变模型,用此模型对温压时效处理过程的HMX基PBX加热加压阶段变形情况进行模拟,结果显示:温压时效处理(80℃、10MPa)使HMX基PBX产生应力加载方向的压缩变形,炸药柱直径和高度分别减小0.476mm和1.306mm,密度增大约0.047g·cm-3,表明温压时效处理方法能够对PBX起到加速蠕变的作用。     

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。     

高聚物黏结炸药CT图像像素级裂纹识别方法研究

为了有效地提高裂纹识别精准度和改进裂纹表征方法,针对奥克托今(HMX)基高聚物黏结炸药(PBX)CT检测图像存在的暗视野、低对比度、高噪声等问题开展研究。利用裂纹的稀密性和局部方向性,结合非局部均值、拉普拉斯锐化和Gamma校正等方法对CT图像进行预处理,然后运用统计学方法直接提取裂纹特征点集,借助马氏距离对裂纹特征点的局部方向性和裂纹位置、走向及粗细进行判定并推演裂纹的扩展方向,最终通过像素灰度值拷贝实现HMX基PBX的CT图像中完整裂纹的精细识别。在三种PBX热力耦合加载损伤的CT图像上对文中提出的MDCE算法(Mahalanobis distance based crack extraction algorithm)与Canny算法和相位一致性方法开展对比实验研究。结果表明,提出的MDCE算法能清晰准确地提取出多种形态的裂纹,证实了该方法的有效性和高效性,显著提高了裂纹的识别和表征能力。