不同粘结体系对PBX炸药能量输出特性的影响

粘结剂作为PBX炸药中重要的添加剂,对炸药的力学性能、能量特性等都有很大的影响.为研究不同粘结体系对PBX炸药水下爆炸能量特性的影响,首先对不同粘结体系炸药配方进行优化设计,然后进行不同粘结体系PBX炸药的水下爆炸试验.试验结果表明:与HTPB惰性粘结体系炸药相比,含能粘结体系应用于PBX炸药后,比冲击波能提高了12%~23%;但是由于含能粘结体系力学和工艺性能的限制,使得炸药固含量降低,降低了炸药的气泡能.总的来看,TEGDN、GAP、HTPB粘结体系的PBX炸药总能量分别达到了2.01、1.99、2.15倍TNT当量.     

国外弹药战斗部先进制造技术发展与思考

为促进国内弹药战斗部制造技术发展,对国外弹药战斗部壳体与毁伤元、炸药装药等方面的先进制造技 术现状与发展进行分析。国内需大力发展粉末冶金、快速成形、增材制造、毁伤元精密成形、炸药球形化、真空振 动装药、PBX 炸药浇注固化、双螺杆挤压装药等先进制造技术,并树立大制造理念,同时加强先进制造设备的研发 及应用,以显著提升弹药战斗部的制造质量与智能化制造水平,降低制造时间与制造成本。     

一维应力动态加载下战斗部装药力学响应预报模型

为获得战斗部装药在高过载侵彻下的动力学行为,对战斗部装药（黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)）在高应变率下的动态力学响应特性进行了研究。采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB) 实验技术对RDX基PBX炸药动态力学性能展开研究、压电传感器监测试件两端应力状态、高速相机拍摄实验中的试件变形过程,确保实验试件变形在动态应力平衡和常应变率加载条件下进行,保证实验数据的有效性。结果表明,该RDX基PBX炸药具有明显的密度效应及应变率效应,当应变超越0.075时应变率效应显著增强。基于应变能函数,建立该RDX基PBX炸药在一维应力状态下修正的Rivilin本构模型,模型拟合结果与实验结果基本相符,仿真结果得到的应变时间信号及试件变形模式与实验结果基本吻合。     

弹药熔铸装药水浴护理凝固控制技术

为提高弹药装药质量,提出采用水浴作为控制弹药装药凝固的环境介质。分析弹药装药凝固过程热量传 递效率的影响因素,利用仿真及工艺试验进行可行性分析与验证,并使用低粘度熔铸炸药及异形熔铸装药口模拟弹 药进行应用效果验证。验证结果表明：水浴护理能控制弹药装药自下而上凝固,提高装药密度、凝固速度、均匀性 和品质,改善熔铸装药颗粒沉降现象,有助于改进弹药毁伤性能及使用安全性。     

碳纤维对塑料粘结炸药力学性能的影响

为了增强PBX炸药的力学性能,将高模量、高强度的碳纤维添加到PBX炸药中。通过研究不同碳纤维含量及粘结剂体系PBX炸药的力学性能,获得了碳纤维对PBX炸药力学性能影响规律。结果表明:添加少量的碳纤维即可大幅度提高PBX炸药抗压和抗拉强度,而且碳纤维与粘结剂体系的接触紧密程度对药柱的力学性能影响大。     

温压时效处理PBX内部裂纹愈合现象研究

采用温压时效处理技术开展PBX炸药件裂纹愈合试验,结合微焦点X射线断层扫描技术(μCT)、超声和力学性能测试,对PBX裂纹愈合现象开展探索研究。结果表明:经处理后,400 μm以下的内部裂纹愈合,愈合后的PBX抗拉强度和抗压强度接近相同密度下的无损伤试件,起到了有效改善受损炸药件质量的作用。裂纹类损伤存在阀值,低于阀值的裂纹可被填充愈合,而超过阀值的裂纹难愈合。PBX炸药件损伤程度影响愈合效果。      

RDX为基的PBX炸药压制过程损伤形成研究

黑索今(RDX)属于非补强性填料,与黏结剂的结合效果差,当其受到载荷作用时,黏结剂与RDX间的界面结合容易被破坏,黏附失效而导致黏结剂从固体颗粒表面脱离,容易出现产品缺陷,影响产品性能.为深入了解RDX为基的高聚物粘结炸药(PBX)压制过程的损伤形成规律,对以RDX为基的两种炸药配方进行压制实验,研究了压制条件及黏结剂选择等因素对炸药成型性能的影响规律.结果表明:控制降温速率、采取分段保压的方法可有效抑制炸药件内部损伤的形成;选择适当的黏结剂对提高RDX为基的PBX炸药压制件的成型性能具有重要作用,丙烯腈丙烯酸酯黏结剂与RDX之间的黏附性能要比F_(2311)好,该炸药配方压制出的炸药柱各方面性能良好,而以F_(2311)为黏结剂的炸药配方压制出的炸药柱不能满足使用要求,存在较大的质量缺陷.     

PBX浇注炸药撞击感度的影响因素研究

利用爆炸概率法对不同配方PBX浇注炸药的撞击感度进行了研究,通过SEM对样品撞击前后的形貌进行了微观分析。结果表明:PBX浇注炸药配方中的Al粉含量、粘合剂的选择以及原材料包覆处理等是影响PBX浇注炸药撞击感度的主要因素。从理论上分析了PBX浇注炸药的起爆机理及主要影响因素,认为通过优化PBX的配方设计和制备工艺,可以有效降低PBX炸药的机械撞击感度。     

高威力、高分子粘结炸药与双锥金属药型罩药柱压制成型技术

为提高子弹战斗部破甲威力,开展了对子弹药柱采用新型高威力、高分子粘结炸药(聚黑-2炸药)与双锥金属药型罩(以下简称药型罩)整体压制成型技术研究,利用金属射流的高密度来提高子弹战斗部破甲威力。针对采用双锥金属药型罩的高分子粘结炸药药柱压制成型过程中的安全性、药柱易于膨胀等技术难点,对压药模具、压药工艺方法、技术参数、工艺设计等4个方面进行分析,并进行了工艺试验。抽样数据表明:该技术既保证了生产安全,又提高了药柱成型质量。     

不同机械约束下压装PBX炸药反应演化行为

为研究机械约束下炸药反应演化行为,加深对武器装药意外点火后反应烈度演化影响因素及机制的认识,对压装PBX炸药反应演化过程进行实验研究。设计一种机械约束装药点火实验装置,采用激光干涉仪和压力传感器分别测量壳体膨胀速度和内部压力,分析不同约束下两种HMX基压装PBX炸药装药的反应演化行为;结合空气冲击波超压测试结果和装置、炸药残骸回收分析,表征装药的反应烈度。研究结果表明：2 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药反应最高压力不超过200 MPa,壳体膨胀速度在70 m/s左右,装药反应烈度为爆燃;50 MPa机械约束下,PBX-1和PBX-2装药在百微秒甚至几十微秒内压力超过1 GPa,壳体膨胀速度达到500 m/s,装药发生爆炸反应;不同炸药的力学性能会造成装药反应演化过程存在一定差异,但机械约束影响更明显,新装置2 MPa和50 MPa机械约束装药反应压力和约束壳体速度相差接近1个数量级。     

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。     

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。     

某浇注PBX 炸药的起爆特性分析

为满足武器弹药对目标毁伤能力和安全性的需求,以某浇注PBX 炸药为对象,对其起爆特性进行分析。 介绍浇注PBX 炸药的性能特点,依据传爆药柱的选择原则,分别对临界直径和稳定爆轰进行测试,并对传爆药的匹 配性进行实验验证。实验结果表明：当传爆药量和药柱直径达到一定值时,该炸药能够可靠起爆和达到稳定爆轰。     

基于自动化生产的含能材料捏合工艺安全分析

：针对现有高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)使用大型防爆立式捏合机生产时难以实现自动 化的生产模式,建立5 L 与40 L 容量的捏合机模型,通过数值仿真分析在相同搅拌时间下的参数。4 s 时刻5 L 捏合 机相对40 L 捏合机,最高温度低0.768%,剪切速度低49.6%,剪应力低51.5%,最高压强低47.9%,铝粉均匀度差 值小0.061 9,冲击波与殉爆安全距离分别少75%与64.6%,危害面积减小50%。结果表明：以多个小型捏合机等效 代替一个大型捏合机方式更能实现浇注PBX 炸药的连续化、自动化生产。     

PBX压制过程中细观力学行为的二维数值模拟

应用圆形近似,建立了炸药颗粒随机分布的细观力学模型。进行了基于物质点法的奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)炸药压制过程中力学行为的数值模拟。重点分析了压制过程中体系的应力和温度的变化以及晶体颗粒的变形。模拟结果表明,压制过程可以分为整合和巩固两个阶段。在整合阶段,颗粒受到压力而重新排列,应力产生于颗粒与压缩面的接触部分,并形成了多条的应力链。应力链沿炸药颗粒间的接触面向上和向下传播,体系在受力的过程中温度逐渐升高,体系局部最大温升为10K。体系进入巩固阶段的塑性形变过程后,内部应力梯度减小,同时体系内部明显存在温差,最大温差为20K。     

SHPB实验加载方式对PBX炸药力学响应的影响研究

高聚物粘结剂炸药(PBX)炸药的损伤本构关系是炸药安全性研究的重要基础课题之一。研究PBX炸药的损伤本构关系需要建立在准确获取和认识PBX炸药的动态力学响应基础之上。为此,针对某PBX炸药的SHPB实验,详细探讨加载方式的细节设计对PBX炸药力学响应的影响。通过采用不同应变加速度、不同加载脉宽以及重复加载等方法,分析了不同加载条件对PBX炸药力学响应的影响,并获得了一系列不同加载脉宽、不同加载应变率的应力应变曲线。采用扫描电镜观察回收试样最终损伤形态,分析了PBX炸药动态单轴压缩下的损伤发展过程及其在应力应变关系上的表现。结果表明:应变加速度过大仍会对PBX炸药形成一定的冲击加载,造成额外损伤;经历动态单轴压缩后破坏的试样表现为晶体多次穿晶断裂甚至碎裂;典型PBX炸药的损伤本构关系可从微裂纹的产生、稳定扩展,穿越晶界失稳扩展来描述。     

压装HMX基PBX老化损伤及力学环境适应性

研究弹药装药的长贮老化损伤及力学环境适应性,用计算机断层成像(CT扫描)观察了贮存4,8,12a的压制奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)装药的宏观结构缺陷。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了贮存4,12a装药的细观损伤。运用冲击、振动实验考核了贮存12a装药的力学环境适应性。结果表明,长贮后出现PBX装药缺陷,表现为较为平直的沿径向贯穿、沿周向分布较为均匀的裂纹,裂纹数量随贮存年限增加而增加。装药缺陷的细观损伤模式为界面脱粘及基体开裂。带缺陷PBX装药弹药经受一定的冲击及振动载荷后,虽然增加了两处径向裂纹,但能够保证安全。     

炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究,完成了不同切削参数下切削力的数值计算,与实验测量结果吻合较好。研究表明,在切削宽度远大于切削层厚度的条件下,采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的,等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示,切削力随切深和进给量的增大而增大,切削速度对切削力的影响不明显,其中,切深对切削力的影响最为显著。     

基于线性Drucker-Prager模型的PBX准静态弹塑性变形分析

根据高聚物粘结炸药(PBX)的力学特性,将线性Drucker-Prager模型引入到PBX材料的弹塑性变形研究中。基于线性Drucker-Prager模型,结合经典塑性理论,分析了PBX准静态弹塑性变形过程。明晰了其后继屈服面的特征,推导了其刚度算法,构造了其弹塑性本构模型。从理论上分析了单轴压缩状态、双轴压缩状态条件下的应力应变关系。利用线性Drucker-Prager模型模拟了PBX材料的单元特性。结果表明,其单轴压缩模拟结果和双轴压缩模拟结果均与理论分析结果、实验数据一致。经对比,双轴压缩的极限强度是单轴的1.16倍,相应塑性应变是其0.5倍。     

PBX炸药损伤本构模型及其工程运用

为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z?W?T本构模型对本构曲线进行了分段拟合.然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药...