高温及机械应力对PBX力学行为的影响规律及机理分析

为了获得高温和机械应力对高聚物粘接炸药(PBX)力学行为的影响规律,基于材料试验机的结果获得了以HMX为基的PBX-1及以TATB为基的PBX-2在不同高温和机械应力作用下的力学响应规律,用动态热机械分析仪(DMA)和扫描电子显微镜(SEM)分析了它们的力学性能的变化机理。结果表明,在25~90℃高温-力耦合加载下,两种PBX的拉伸、压缩强度随温度升高而降低,但破坏应变在一些温度点产生突变,PBX-1的应变突变温度点约为65℃,PBX-2分别约为35、55℃和75℃;PBX-1的高温-力顺序加载响应规律包含两个温度段,25~150℃为第一阶段,该范围的高温作用下材料压缩强度和破坏应变几乎不会变化,150~200℃为第二阶段,破坏应变随温度升高而增大,压缩强度先减小后增大,在180℃最低。高温-力耦合作用下,粘结剂相态变化和粘弹特性改变是影响PBX高温软化和力学性能劣化的主要原因,其软化-流动-粘流化将引起PBX的变形行为特别是拉伸及压缩破坏应变的突变,同时导致PBX破坏模式由脆断向脱粘失效转变,PBX的突变温度与粘结剂的物态转变温度相对应。对于高温-力顺序加载,粘结剂弹性回复和炸药晶体无损伤是PBX-1在25~150℃力学性能不变的主要原因,炸药晶体在180℃附近会发生高温破碎,导致PBX-1的压缩强度在180℃附近达到最低值。     

06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢热变形行为研究

为指导06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢塑性加工工艺参数制定及构建数值模型所需材料数据,利用热模拟试验机进行单向等温压缩试验,温度为900～1 200℃,应变速率为0.01～1.00 s-1,变形量为60%。根据真应力-真应变曲线对06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢热变形机制进行分析,结合线性拟合建立流变应力本构方程和临界应变模型。结果表明:在较高变形温度和较低应变速率下,06Cr18Ni11Ti不锈钢的主要软化机制为动态再结晶,真应力随温度升高而降低,随应变速率减小而降低;为验证流变应力本构方程的准确度,比对预测结果与试验结果,相对误差在10%以内,得到06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢的热变形激活能为440.61 kJ/mol。     

双基推进剂压缩力学性能的应变率相关性研究

为了研究双基推进剂在压缩情况下的力学性能,通过单向压缩方法,获取了压缩速率为1mm/min时不同温度下,以及15℃下不同压缩速率时的压缩试验数据,得到了双基推进剂在压缩情况下的应力-应变的一般变化趋势,双基推进剂的力学性能具有明显的加载率相关性与温度相关性,屈服应力、屈服时的应变、极限应力及对应的应变均随应变率的变化而有一定的变化.在较高的加载速率下,由于没有有效的散热过程,应变率效应与温度共同影响着双基推进剂的力学性能.     

钢的屈服强度与激活能

研究了１６Ｍｎ钢在较大范围温度和应变速率下的屈服强度以及激活能与应力的关系。屈服强度和对数应变速率分阶段呈线性关系，且随温度降低和应变速率升高而升高。外加应力对激活能无影响，但增加温度使其升高。通过拟合分析，获得屈服强度和温度、应变速率以及激活能的关系，该关系可以获得与试验较为理想的吻合。     

宽温域宽应变率下丁羟四组元HTPB推进剂单轴压缩力学行为

为研究丁羟四组元端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在宽温域宽应变率下的单轴压缩力学行为,基于万能材料试验机、高速液压伺服试验机、分离式霍普金森压杆,结合可程式恒温恒湿试验机等温控手段,开展了宽温域宽应变率下的推进剂单轴压缩力学性能实验,获取了-40,-25,-10,20,50 ℃ 5个温度下10^-4~10³ s^-1应变率的丁羟四组元HTPB推进剂的应力应变曲线,并建立了HTPB推进剂的分段式单轴压缩率温本构关系。结果表明,HTPB推进剂的力学响应存在显著的率温相关性,在任意应变率下其力学响应都呈阶段性变化,即线弹性阶段-非线性屈服阶段-应变软化阶段或应变硬化阶段;且在高应变率下,非线性屈服行为后的应变软化现象明显弱于低、中应变率。此外,高应变率时,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐减缓;而低、中应变率却恰恰相反,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐加快。HTPB推进剂的力学强度随着温度的降低显著增大,温度从50 ℃降低至-40 ℃时,HTPB推进剂试件在宽应变率作用下的最大应力从2.2~8.8 MPa增长至约11~22 MPa。同时基于实验数据构建了分段式率温本构关系,发现其在温度较高时拟合效果更好,能够较好地预测HTPB推进剂的力学行为。     

改性B炸药的力学性能

为了解添加剂对B炸药力学性能的影响,分别添加2%的热塑性弹性体(VP-401和VP-501)、1%或3%的季戊四醇和丙稀醛缩合的热固树脂/硫酸二乙酯(123树脂/DES)、5%固化系数0.6和0.8的端羟基聚丁二烯/二苯甲烷-4,4'-二异氰酸酯(HTPB/MDI),制备了相应6个改性B炸药配方(B-1、B-2、B-3、B-4、B-5和B-6)。进行了静态压缩试验、巴西试验和分离式霍普金森压杆试验,获得了改性B炸药在静力压缩、间接拉伸和低速冲击作用下的应力-应变曲线。对比分析了改性B炸药的强度和韧性变化。结果表明,与B炸药相比,B-1和B-2的压缩弹性模量分别增加了1.49 GPa和2.28 GPa,压缩强度分别增加了6.7 MPa和6.3 MPa,其压缩弹性和韧性均好于B炸药。应变率500 s-1时,与B炸药相比,B-3和B-4的动态压缩强度分别增加了1.99 MPa和7.61 MPa,而B-5和B-6的动态压缩强度分别降低了8.33 MPa和19.47 MPa。这说明,B-3和B-4的抗低速冲击能力提高,B-5和B-6炸药的抗低速冲击能力降低。     

钛合金TC6等温锻造时的高流动应力和显微组织演变分析

通过热压实验确定了钛合金TC6等温变形时的温度升高和真应力应变曲线。实验条件：变形温度800℃～1040℃,应变速率0．001s^-1～50s^-1,变形量30％～50％。实验结果表明钛合金TC6的流动应力变化主要取决于工艺参数的变化,尤其是变形温度和应变速率。该合金的最大应力和稳定应力有着相同的特性,即随着应变速率的增大和变形温度的降低而增加。等温锻造时,微组织特性——体积分数、晶粒尺寸、原始α晶粒排列是随着温度、变形量和应变速率的变化而变化的。     

典型PBX基于Boltzmann函数的准静态单轴拉压非线性本构模型（英文）

准静态载荷下的拉伸压缩试验中,几乎所有高聚物粘结炸药(PBX)都体现出了明显的非线性本构行为,现常用的本构模型在描述这种非线性时适应性不甚理想。针对五种典型PBX炸药(PBX-X,PBX-9502,LX-17,PBX-9501,EDC-37)应力应变曲线的非线性及非对称性,基于Boltzmann函数推导了一种拉伸和压缩一起考虑的准静态单轴非线性四参数本构模型。在讨论模型待定参数物理意义的基础上,基于文中提出的待定参数初值确定方法,采用该本构模型对五种典型PBX的应力应变曲线进行了拟合。结果表明,该本构模型可较好地描述五种典型PBX炸药不同温度和应变率下的本构行为。基于Boltzmann函数的拉压非线性本构模型,有望作为一种适用于不同PBX的通用准静态本构模型广泛运用。     

典型PBX基于Boltzmann函数的准静态单轴拉压非线性本构模型（英）

准静态载荷下的拉伸压缩试验中,几乎所有高聚物粘结炸药(PBX)都体现出了明显的非线性本构行为,现常用的本构模型在描述这种非线性时适应性不甚理想.针对五种典型PBX炸药(PBX-X,PBX-9502,LX-17,PBX-9501,EDC-37)应力应变曲线的非线性及非对称性,基于Boltzmann函数推导了一种拉伸和压缩一起考虑的准静态单轴非线性四参数本构模型.在讨论模型待定参数物理意义的基础上,基于文中提出的待定参数初值确定方法,采用该本构模型对五种典型PBX的应力应变曲线进行了拟合.结果表明,该本构模型可较好地描述五种典型PBX炸药不同温度和应变率下的本构行为.基于Boltzmann函数的拉压非线性本构模型,有望作为一种适用于不同PBX的通用准静态本构模型广泛运用.     

TC11合金β相区大应变热变形行为及组织研究

利用热模拟试验机,在温度为1020～1080℃和应变速率为0．001～70 s~(-1)范围内对TC11合金进行真应变为1．2的大应变等温恒应变速率压缩试验,获悉高温塑性流动的应力-应变关系曲线特征,并对变形前后的微观组织进行观察。结果表明:流动应力随应变速率升高和温度降低而增加,但前者比后者对流动应力的影响更为显著;在所研究的温度范围内,当应变速率大于10．0 s~(-1)时,变形组织主要为拉长的β晶粒;当应变速率在1．0～0．01 s~(-1)之间时,变形试样分别发生部分动态再结晶和完全动态再结晶;当应变速率为0．001 s~(-1)时,变形试样以动态回复为主。为获得良好的变形组织,热加工区域以温度在1020～1050℃,应变速率在0．01～1．0 s~(-1)范围为宜。     

活性材料PTFE/Al动态压缩性能

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,研究两种不同配比的聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)活性材料(PA265和PA35)在高应变率下的力学压缩性能与加载反应性能,对比分析了铝含量不同对PTFE/Al活性材料的屈服强度,破坏性能,反应性能的影响.研究结果表明: 两种PTFE/Al活性材料存在应变率效应,在应变率1000～8000 s-1范围,PA265的屈服应力为32～44 MPa,PA35的屈服应力为40～55 MPa.铝含量越高,PTFE/Al的屈服强度越高; 在应变率3100～5800 s-1范围内,两种材料的破坏应力基本相同,约为143～153 MPa; PA265和PA35的临界反应应力分别为157,163 MPa; 铝粉含量不能高于35%,否则由于缺少足够的氧化剂(PTFE)而普遍出现不完全燃烧反应的现象.     

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。     

GAP基热塑性弹性体改性单基发射药的热行为及力学性能

为改善单基发射药的力学性能,制备了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基含能热塑性弹性(GAP-ETPE)不同含量的单孔管状改性单基发射药,通过甲基紫试验和真空安定性试验、差示扫描量热法(DSC)研究了发射药热安定性和热分解过程,并测试了其冲击和压缩性能,分析了GAP-ETPE含量的变化对改性单基发射药热行为和力学性能的影响。结果表明:随着GAP-ETPE含量的增加,改性单基药的热安定性逐渐提高,热分解放热峰温、放热量和密度逐渐降低;低温(-40℃)、常温(20℃)和高温(50℃)下改性单基发射药试样的冲击强度和压缩率提高、抗压强度降低。与空白试样相比,GAP-ETPE含量为30%时,低温、常温和高温下试样的冲击强度分别提高了161.4%、160.1%和164.0%,压缩强度分别降低了23.6%、28.8%和33.1%,压缩率分别提高了246.4%、233.9%和266.0%。     

焊接温度对固态焊接中等效压缩变形的影响

以40Cr为研究对象进行了焊接温度对等效压缩变形影响的试验研究。试样尺寸Φ15mm×50mm,被约束在固定压头之间后加热,约束压应力55MPa,加热温度690-840℃,到温后保温5min卸载空冷,以试样相对缩短量为等效压缩应变ε。结果表明:当焊接温度θAc3时,ε随θ的升高呈线性增大,在Ac1-Ac3之间,ε随θ的升高而明显增大;ε-θ曲线在θAc3时的斜率,在Ac1-Ac3之间,ε-θ曲线近似呈S形。     

W-Ni-Cu合金的气孔率对动态力学性能的影响

研究了高钨含量（＞９８ｗｔ％）的Ｗ－Ｎｉ－Ｃｕ合金经高温烧结后钨含量和冷却速度对微观组织中孔隙率和孔径的影响及微观组织对动态力学性能（ε·＝１０３～１０４ｓ－１）的影响。随着钨含量的增多，孔隙率增大，孔径减小，其动态拉伸强度降低，动态压缩强度变化不大。成份相同时，烧结后的冷却速度越慢，孔隙率略小，孔径增大，动态拉伸强度大大下降，动态压缩强度也有所下降。     

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。     

常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性

为了研究常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性,采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,结合回收样品综合分析了常温和75℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75℃PBX-2炸药的受力变化。结果表明,常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9m·s~(-1);加热至75℃时,PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367m·s~(-1)。相比常温状态,当射弹撞击速度低于800m·s~(-1)时,75℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降,但射弹撞击速度高于800m·s-1时,约1.54GPa的输入压力就能使75℃PBX-2炸药产生剧烈反应。     

离心喷射沉积 Ti-48Al-2Mn-2Nb 合金的拉压性能

为了研究合金化和制备工艺对ＴｉＡｌ合金性能的影响，采用一种最新的真空离心喷射沉积成形技术制备了Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｍｎ－２Ｎｂ合金，研究了合金的室温拉伸和压缩性能以及显微组织的影响。结果表明，离心喷射沉积成形合金的屈服强度为２５１ＭＰａ，抗拉强度为３０５ＭＰａ，延伸率为２．８％。压缩屈服强度为４８８ＭＰａ，抗压强度为２２１０ＭＰａ，压缩率为３３．９％。离心喷射沉积成形Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｍｎ－２Ｎｂ合金组织呈层片状组织结构，并且含有孔隙，定量分析结果表明孔隙率约２％。文中对离心喷射沉积成形Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｍｎ－２Ｎｂ合金层片状组织的变形和断裂特征进行了分析。     

锡-银系无铅焊料动态强度研究

利用分离式霍普金森压杆试验技术,在室温下研究了锡-银系无铅焊料在高应变率条件下的动态压缩力学性能。结果表明,锡-银系无铅焊料有显著的应变率效应:随着应变率的增加,材料的屈服强度和流动应力有显著的提高;在对数坐标系下其动态屈服强度随应变率呈线性变化,证明锡-银系焊料是一种很有希望替代锡铅焊料的无铅焊料。最后根据Malvern过应力理论建立了锡-银系无铅焊料的动态本构关系。