高温下奥克托今单晶的冲击响应特性

为研究高温下奥克托今（HMX）单晶的冲击响应特性,设计一种能够在平板撞击实验前对炸药单晶加热的装置并利用该装置进行323 K、373 K和423 K初温下HMX单晶平板撞击实验。通过激光速度干涉仪系统（VISAR）获取HMX单晶与窗口界面粒子速度历史曲线,并采用波阻抗匹配原理获得相应弹塑性力学参数。实验结果表明：在约300 m/s撞 击速度下,不同初温单晶与窗口界面粒子速度历史曲线均表现出弹黏塑性双波结构;在较低初温（323 K、373 K）时,Hugoniot弹性极限相差不大,无明显温度相关性,其变形机制无明显变化;在较高初温（423 K）时,Hugoniot弹性极限增大,表现出热硬化效应,其变形机制可能由热激活变为声子阻力控制。     

烤燃作用下的HMX单晶各向异性力学响应及相变

为研究奥克托今(HMX)单晶的固态相变对变形的影响,在考虑非线弹性和位错理论的晶体塑性本构基础上,发展了考虑温度相关相变的晶体塑性本构(β→δ相变)。利用有限元计算程序ABAQUS和子程序的软件代码VUMAT,模拟了相变在烤燃下的演变过程。结果表明,相变是可逆的,但是路径却不同。当晶体从δ相变为β相时,样品中有残余应力和应变产生。此外,当发生β→δ相变时,会有裂纹产生,并且裂纹不会消失。温度均匀化有利于发生相变,且相变的传播与温度的传播一致。β→δ相变会导致体积的膨胀,且由于δ相的热膨胀系数比β相大,相变后体积膨胀会更快,因此会导致内应力的快速增大,从而启动滑移系。由于HMX单晶的各向异性热膨胀,相变后晶体在第三主方向上更容易生成裂纹,从而容易形成热点,因此β→δ相变会导致HM X晶体在烤燃下更加敏感。     

冲击作用下CL-20/HMX共晶力-热-化学耦合响应的动力学模拟

为分析CL-20/HMX共晶和HMX冲击波感度接近的机理,采用反应分子动力学方法(ReaxFF-MD),探讨了有无缺陷CL-20/HMX共晶在冲击加载下的力-热结构变化和初始化学反应,通过动量镜原理与最大压缩点吸收波阵面相结合方式,分析了快速结构响应和随后缓慢化学反应过程。结果表明,冲击加载无缺陷CL-20、HMX和CL-20/HMX共晶时,CL-20的分解速度比HMX快,CL-20/HMX共晶的分解速度与HMX接近;与沿CL-20/HMX共晶[111]晶向加载相比,沿[100]晶向分解更快,这与CL-20和HMX分子层的交替排布及滑移等因素有关。以2 km·s-1的质点速度沿[100]晶向冲击加载含Φ20 nm孔洞的CL-20/HMX共晶时,孔洞周围结构没有产生射流现象,而是粘塑性收缩过程。孔洞塌缩形成的高温高压条件和结构上的粘塑性变形有效促使CL-20和HMX分子发生快速分解,孔洞塌缩新热点的形成进一步增强了冲击加载过程。     

高冲击压力下93W合金的位错亚结构及其硬化特征

采用宏观与显微硬度测量及位错亚结构观察分析相结合的方法对 93W合金真空退火处理态材料在爆炸冲击作用下的硬度变化及其机理进行了研究。发现 ,随着冲击压力的提高存在着一个由冲击硬化到软化的转化压力。该转化现象被位错亚结构随冲击压力的演化所证实。分析表明 ,在爆炸冲击下 ,材料剧烈的塑性变形效应在压力较低时应变硬化占主导地位 ,高冲击压力时塑性功转化为热所引起的温升 ,以及钨颗粒内部新相析出是导致合金软化的根本原因     

相变与微裂纹对HMX晶体高温下撞击感度的影响机制

为了研究高温下炸药撞击安全性中存在的多因素耦合问题,设计了高温炸药撞击感度试验装置,并建立了高温炸药撞击感度试验方法。结合扫描电镜和X射线衍射技术,采用所建立的试验方法,研究了奥克托今(HMX)晶体颗粒高温撞击过程下的响应。结果表明,随着温度升高,HMX晶体颗粒的落锤撞击感度逐渐升高。同时,HMX晶体品质随着温度升高逐渐变差,140℃时有少部分晶体碎裂,180℃时较多的晶体碎裂,当达到200℃时,HMX晶体全部碎裂;HMX的β→δ相变发生在184～186℃。降至常温后δ相晶体逐渐恢复为β相,撞击过程有助于β相的恢复。影响热加载前后HMX晶体颗粒撞击感度的主导因素包括温升、微裂纹和相变,不同影响因素起作用的温度段是不同的。     

高强度钢在高速冲击载荷下的动态响应 ?

为了探讨高强度钢板在高速冲击载荷下的动态行为，用１２．７ｍｍ钢芯穿甲弹垂直射击ＣｒＭｏ、ＳｉＭｎＭｏ和ＣｒＮｉＭｎＭｏＢ钢靶板，靶板硬度为ｄ＿（ＨＢ）＝２．７０～３．５０ｍｍ。对穿甲机制进行了分析，讨论了绝热剪切带的形成原因及其在冲塞穿甲中的作用。从弹丸能量和弹坑容积的关系出发，探讨了穿甲机制和抗弹性能的差异。试验结果表明：穿甲机制和抗弹性能取决于钢板的厚度和硬度。在较高硬度时，由大量剪切变形而产生的绝热剪切带将导致冲塞破坏。当ｄ＿（ＨＢ）＝３．０～３．２ｍｍ时，钢靶板呈现出混合型穿甲机制，并显示出较好的抗弹性能。     

含缺口PBX药柱热冲击响应的数值模拟及试验

针对脆性高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)的热应力破坏问题,开展了缺口药柱热冲击响应的数值模拟和实验研究.采用温度相关的热弹塑性模型对PBX药柱在50℃平衡温度、10℃·min-1条件下的热传导和热应力进行了二维轴对称仿真分析,并利用温度-应变-声发射监测技术,在温度箱风冷试验中进行了验证.数值模拟结果表明,降温温度冲击过程中,受热近表面存在一种温度边界层,使内外表面产生较大温差,并在药柱柱面中心产生超过PBX拉伸强度的轴向拉应力;位于柱面中部的缺口使热应力放大,并加剧试样破坏的进程,其中R2的缺口圆柱的应力梯度变化最明显,应力集中系数超过1.6.实验结果表明,PBX药柱热冲击破坏方式为表面拉伸热应力超过材料拉伸强度导致的脆性断裂破坏,热冲击破坏时的信号特征表现为应变发生突变并产生高幅值声发射信号.数值模拟得到的缺口药柱、无缺口药柱的临界断裂温差分别为8.3℃和12.6℃,试验数值分别为9.2℃和12.5℃,二者吻合良好.     

在热冲击下弹性梁非线性热局部屈曲

研究了弹性梁在热冲击下的热传导过程和大变形下的后屈曲行为。采用Hamilton体系下的辛本征解基描述屈曲模态,并用辛本征解展开方法对非线性的后屈曲问题进行探讨。提出了一种数值计算方法。研究结果揭示了梁后屈曲的整个变化过程。结果还表明屈曲变形过程依赖热冲击强度、热传导系数和梁的参数等。     

高冲击高温下电引信关键元器件可靠性测试

为了保证电引信的可靠性和安全性,在设计或生产前有必要对电引信关键元器件进行可靠性测试,文中在分析了电引信关键元器件及其失效模式的基础上选择电引信部分关键元器件:起爆电路用闸流管、抗干扰电路用独石电容和点火电路用固体钽电容,设计测试电路,提出了在高机械冲击和高温条件下对电引信的性能参数进行动态可靠性测试的方案,并进行了试验,试验结果对电引信关键元器件的选型、筛选及后续测试具有一定的参考价值。     

预应力作用下复合材料层合板弹道极限响应数值研究

基于正交各向异性复合材料模型,通过施加合理的速度/固定边界条件建立带预应力的凯夫拉纤维增强复合材料层合板弹道冲击数值计算模型。通过试验结果与理论计算对比,验证和评估复合靶板数值模型的有效性及其弹道预测能力。在此基础上,研究不同预应力条件下复合靶板的弹道极限响应。结果表明:复合靶板弹道极限随预应力水平的增加呈"下降→增加→下降"的趋势。在低预应力水平下,复合靶板主要以面外分层损伤为主;在中等预应力水平下,复合靶板以面内拉伸损伤为主;在高预应力水平下,复合靶板出现体积损伤。     

超声辅助喷雾法制备超细高品质HMX及其晶型控制

为制备超细高品质奥克托今(HMX)并研究其晶型,采用超声辅助喷雾重结晶细化法制备了超细HMX,研究了雾化率、溶剂与非溶剂的种类、温度等对HMX的晶体形貌及晶型的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对HMX的晶体形貌、粒径和晶型进行了表征。采用差示扫描量热仪(DSC)测试了HMX的热分解性能。用撞击感度仪测试了原料HMX和超细HMX的撞击感度。结果表明,采用超声辅助喷雾重结晶细化法制备的超细HMX受雾化率、溶剂与非溶剂的种类、温度等影响较大。超声频率为40 k Hz,搅拌转速为400 r·min~(-1),雾化率为20 m L·min~(-1),丙酮为溶剂,无水乙醇为非溶剂,温度为30℃制备出的HMX晶体形貌最佳,晶型为β型,与原料HMX相比,超细HMX的热分解表观活化能升高17.94 k J·mol~(-1),撞击感度特性落高升高29.6 cm。     

糖颗粒对HMX和RDX两种单质炸药非冲击点火的影响

为了研究惰性糖颗粒对奥克托今(HMX)和黑索今(RDX)两种单质炸药非冲击点火机理的影响,利用配备了光学观测系统的落锤撞击装置,捕获了含惰性糖颗粒的HMX和RDX经历的破碎、熔化、溅射、点火和燃烧过程。结果表明,在含糖HMX颗粒炸药和含糖RDX粉末炸药中,点火易发生在糖颗粒的周围,燃烧会沿着糖颗粒周围向外部传播;燃烧反应前两者均发生剧烈的溅射现象;含糖HMX颗粒在固相中发生点火;在含糖RDX粉末炸药中,靠近糖颗粒周围的炸药先进入熔融状态,随后熔融区域逐渐扩展,点火点易出现在糖颗粒边缘处的RDX熔融液相中。对比了在HMX/RDX单质炸药中分别加入一个和三个糖颗粒情况下的点火频率,结果表明,三个糖颗粒的情况更容易引起炸药点火;三个糖颗粒由于破碎后产生较多的碎片,其与HMX或RDX单质炸药具有较强的相互作用,可能会在多个位置形成热点,其导致的燃烧反应会比单个糖颗粒的情况更为剧烈。采用上下极限法分析得到,糖颗粒的加入对HMX颗粒炸药的点火具有抑制作用,对于RDX粉末炸药的点火具有促进作用。     

光合细菌球形红细菌降解HMX

研究了供氧光照、奥克托今(HMX)初始浓度、接种量、p H值和温度对驯化球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)H菌株降解HMX能力的影响,对其降解动力学方程进行了拟合分析。通过改变1个影响因素,固定其它4个条件,确定了球形红细菌降解HMX的最适宜条件。用分光光度计对HMX浓度和球形红细菌细胞生物量进行了测定。结果表明,驯化后的球形红细菌可高效降解奥克托今,球形红细菌H菌株在不同供氧光照条件下均能很好生长并降解HMX,且降解率均达到70%以上,最佳降解条件为光照厌氧。该菌株降解HMX的最适条件为:HMX初始浓度为100 mg·L~(-1)、p H值为7.0、接种量为15%,温度为30℃,在96 h降解率达到最高,为88.9%。球形红细菌降解HMX的过程符合一级反应动力学方程。     

慢烤过程中热应力对HMX基含铝炸药装药响应特性的影响

为获得炸药装药在慢烤过程中热应力的变化规律,设计了一套热应力测试装置,获得了奥克托今(HMX)基含铝炸药装药在密闭约束条件下热应力随温度的变化曲线;通过调整烤燃弹内惰性包覆层与装药的体积比,改变慢烤过程中装药热应力的上升速率,研究了烤燃弹临界响应温度及其三种工况下的响应剧烈程度。结果表明,壳体的约束作用使得装药的热应力随着温度的上升而逐渐增大,根据热应力变化速率的差异,可将整个过程分为6个阶段,其影响因素依次为热膨胀、孔隙率下降、HMX晶型转变、HMX缓慢分解、部分小分子气体泄漏、HMX加速分解,当温度升至208℃时,热应力达到9.2 MPa,装药随即点火;在烤燃弹的装药表面增加热膨胀性较强的硅橡胶包覆层,则会加快装药热应力的增长速率,使得装药的临界点火温度下降,但不会改变装药响应的剧烈程度。     

HMX晶体形貌预测

采用附着能(AE)和BFDH(Bravais-Friedel-Donnary-Harker)模型预测了HMX的β和α晶型的晶体形貌,确定了形态学上重要的生长晶面,β-HMX为(020)、(011)、(10-2)、(11-1)、(100),α-HMX为(040)、(220)和(111).各个晶面的表面结构分析表明,(100)和(111)为强极性晶面,(020)、(011)、(11-1)以及(220)为极性晶面,而(10.2)和(040)为非极性晶面.据此可预测在强极性的质子溶剂中,(100)和(111)将成为形态学上重要的晶面,(020)、(011)、(11-1)以及(220)的显露面可能增加,(10-2)和(040)面则将变小甚至消失,而在非极性溶剂中则可能刚好相反.     

RDX杂质对HMX性能影响的分子动力学研究

为了研究奥克托今(HMX)制备过程中产生的黑索今(RDX)杂质对HMX性能的影响,分别建立了掺杂率为4.17%、8.33%、12.50%和16.67%的四种HMX模型。采用分子动力学方法,计算得到了不同模型的键连双原子作用能、内聚能密度、溶度参数、爆轰参数与力学参数,并与纯HMX相关性能参数进行了比较,结果表明,RDX掺杂缺陷导致炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,减小幅度分别为9.53～36.36 kJ·mol~(-1),0.028～0.135 kJ·cm~(-3);受RDX掺杂缺陷的影响,HMX与氟橡胶(F_(2311))的溶度参数的差值减小,减小幅度为0.51～2.32 J1/2·cm~(-3/2),其密度、爆速和爆压减小幅度分别为1.12%～5.59%、0.84%～4.19%和2.27%～11.14%,爆热略有轻微上升,可忽略;RDX掺杂缺陷还导致HMX的弹性模量、体积模量和剪切模量降低,而柯西压以及体积模量与剪切模量的比值上升,其变化幅度分别为1.04～3.63 GPa、0.58～1.73 GPa、0.42～1.45 GPa、0.35～2.69 GPa和0.11～0.64。这说明,随着RDX掺杂缺陷浓度增大,HMX炸药的安全性能降低、爆轰性能下降、力学性能变差、与F_(2311)的相容性变好。