基于断裂相场的高分子黏结炸药裂纹演化及其力学性能退化分析

为了解高分子黏结炸药裂纹演化过程及其力学行为,综合考虑弹性、黏性以及热特性的影响及作用机制,提出了该材料热黏弹性断裂相场模型。基于断裂相场,建立了热黏弹性体的单一单元模型,对不同温度和应变率进行参数分析。然后,针对高分子黏结炸药开展该材料断裂相场的模拟及其模型参数校准。从而基于断裂相场在细观层面上阐明不同应变率、不同环境温度作用下高分子黏结炸药材料的裂纹演化及其力学性能退化的规律。结果表明,驱动断裂的能量和抗压强度随着应变率降低和温度的升高而呈现出减小的趋势,因此裂纹出现的时间越晚,扩展速度越慢。

密闭条件下TNT的爆炸压力特性

为研究密闭条件下炸药爆炸后的后燃烧过程压力特性,用压力传感器测量了不同气氛密闭爆炸罐内TNT后燃烧过程产生的准静态压力。结果表明,在密闭条件下,TNT爆炸后产生冲击波压力和准静态压力。在氧气存在下,TNT炸药的后燃烧效果较明显,能够产生更大的准静态压力。设计的爆炸罐适合研究密闭空间中炸药的后燃烧压力特性。

不同粒度铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性

为研究铝粉在HMX基炸药中的能量释放特性,采用压力传感器对不含铝粉的HMX/HTPB 88/12炸药及含有粒度为13,130μm铝粉的HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药在密闭空间中爆炸后的准静态压力进行了测量。结果表明:HMX/HTPB 88/12和HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药爆炸后在密闭条件下均能产生准静态压力。HMX/Al/HTPB 53/35/12炸药的准静态压力是HMX/HTPB 88/12炸药的1.24倍。铝粉颗粒度分别是13μm和130μm的HMX/Al/HTPB 53/35/12-炸药在密闭空间中爆炸产生的准静态压力分别是378 k Pa和347 k Pa,说明内爆条件下,当铝粉含量为35%时,与含大颗粒铝粉炸药相比,含小粒度铝粉炸药能够释放更多能量,提高密闭空间中的准静态压力。

FOX-7的热分解研究

使用原位热红外光谱技术对FOX-7热分解全过程的气相和凝聚相产物进行了原位在线检测,通过非等温热红外动力学处理技术,获得了热分解过程中各特征官能团的断裂分解活化能(kJ·mol-1)如下:C—N键:181.66,—NO2键:235.77,N—H键:170.65。提出了FOX-7可能的两步热分解机理:第一阶段是分子共轭键、分子间(内)氢键的断裂、硝基和亚硝基重排“脱硝”释放出NO,第二阶段是残余碎片分解释放出HCN和NH3。结合TG-DSC-IR联用技术提出了FOX-7热分解的局部化学特性。

TNT密闭环境中能量释放特性研究

为了研究TNT在密闭空间中的能量释放特性,依据量热法原理测量了TNT炸药在不同环境中(真空、0.1 MPa空气、0.1 MPa氧气)的爆热;同时在自行设计的密闭爆炸仓内,采用PCB压力传感器和K型热电偶分别测量了TNT炸药在不同气氛(空气、氮气、纯氧气)中爆炸后的准静态压力和爆炸场温度。爆热测试试验结果表明,当环境中氧含量增加时,爆热也随之增加;密闭空间中爆炸参数测量结果表明,随着密闭环境中氧含量的增加,准静态压力和爆炸场温度均有所增加。这说明实际应用中TNT爆炸反应完全性较低,有大量能量未释放,密闭条件可以提高TNT爆炸能量释放率。

PYX红外热行为研究

为探讨PYX的热行为,用热裂解原位池与快速扫描红外光谱联用技术(RSC-IR)、快速升温与快速扫描红外联用技术(T-Jum p RSC-IR)、热重分析与红外光谱联用技术(TG-IR)研究了PYX的热解全过程。测定了热分解过程中的凝聚相产物和气相产物,提出PYX可能的热分解机理,其热分解过程至少分两个过程:第一过程为C-NO2的异构化和-NO2与-NH基团的环化,生成NO和芳香多聚化合物;第二过程为芳香多聚化合物的分解,逸出HCN,CO,CO2,H2O等气体。

FOX-7的热分解动力学和机理研究

使用原位热红外光谱技术对FOX-7热分解全过程的气相和凝聚相产物进行了原位在线检测,通过非等温热红外动力学处理技术,获得了热分解过程中各特征官能团的断裂分解活化能:C-N键:181.7kJ·mol-1,-NO2键:235.8kJ·mol-1,N-H键:170.7kJ·mol-1。提出了FOX-7可能的两步热分解机理:第1阶段是分子共轭键、分子间(内)氢键的断裂、硝基和亚硝基重排“脱硝”释放出NO;第2阶段是残余碎片分解释放出HCN和NH3。

FOX-7热分解动力学和机理研究

用热失重法(thermogravimety,TG)、差示扫描量热(differential scaning calorimety,DSC)和跃迁升温(T-Jump)与快速扫描红外联用技术研究FOX-7热分解历程。结果表明,FOX-7热分解过程存在硝基和亚硝基重排,脱硝释放出NO,脱硝引起分子骨架的最后解体释放出HNCO、HCN、NH3、CO2、CO等气体。获得了热分解阶段的活化能Ea=246.65 kJ/mol,指前因子lgA=23.81,初期阶段热分解反应为成核和生长反应,反应级数为1.5。

温压炸药爆炸释热特性研究

为了研究RDX基温压炸药的爆炸热量释放历程,对自由场和半密闭条件下的TNT、852及G-1温压炸药爆炸过程进行了空爆试验,采用热通量传感器记录了3种炸药在两种试验环境下爆炸过程中的热通量时间历程。结果表明,热通量传感器可以获得炸药爆轰、无氧燃烧及有氧燃烧3个阶段的热历程时间曲线;在半密闭空间中爆炸时,G-1温压炸药有3个明显的热量释放历程:爆轰、无氧燃烧和有氧燃烧;TNT和852炸药只有爆轰和有氧燃烧过程。结合852及G-1温压炸药配方组成,对比分析热量释放时间历程曲线认为,铝粉均参与了G-1温压炸药的3个反应阶段。对比自由场和半密闭条件试验结果发现,试验环境对温压炸药反应历程影响较大,半密闭条件有利于提高温压炸药的热量输出。

非理想炸药爆炸输出特性探讨

为了研究非理想炸药的爆炸输出特性,对一种非理想炸药空中爆炸输出特性进行了试验研究。试验中装药壳体厚度不同、装药质量也不同。从试验结果可以看出,非理想炸药的爆炸输出不符合理想炸药爆炸输出相似律,尤其在近场表现显著;壳体对非理想炸药爆炸输出的影响有一定的规律,并非线性降低炸药的爆炸输出。研究结果对于使用非理想炸药的战斗部威力设计有指导意义。

炸药在密闭容器中爆炸数值模拟和试验

为了解炸药在密闭容器中爆炸超压传播规律,测量了 TNT 在 500L 密闭容器中爆炸的冲击波超压和准静压,利用 AUTODYN 建立了二维轴对称模型,获得了冲击波和爆轰产物在容器中的传播过程。研究了传感器附近的凹凸结构对冲击波超压和准静压测试的影响,对比数值计算和实测超压历程曲线。结果表明,数值计算和试验结果基本一致,凹凸结构能够显著影响冲击波超压,而对准静压无影响。

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。

非理想炸药爆炸冲击波压力空气中传播规律

为了研究非理想炸药的爆炸冲击波压力特性,对一种非理想炸药空中爆炸输出特性进行了试验研究。实验中装药壳体厚度不同,装药质量也不同。从实验结果可以看出,非理想炸药的爆炸输出不符合理想炸药爆炸输出相似律;尤其在近场表现显著。壳体对非理想炸药爆炸输出的影响有一定的规律;并非线性降低炸药的爆炸输出。这些结果对于使用非理想炸药的战斗部威力设计有指导意义。

温压炸药标准物质定值结果不确定度评定

利用测量不确定度评定方法对高能温压炸药标准物质性能参数定值结果的不确定度进行评定。测量不确定度主要包括定值装置、标准物质及多家定值引入的不确定度。爆炸冲击波超压及准静态压力定值结果的相对扩展不确定度均为3.0%(k=2),爆炸场温度、热辐射通量定值结果的相对扩展不确定度分别为4.2%(k=2),4.6%(k=2)。

冲击波在有机玻璃中衰减特性的数值模拟与实验研究

为了研究《国家军用标准—炸药试验方法—卡片式隔板法》(国军标)条件下冲击波在有机玻璃中的衰减特性,对其传播规律和衰减特性进行了数值模拟研究。采用显示有限元程序AUTODYN,并利用理论计算及锰铜压力计测试方法验证了数值模拟的可靠性。结果表明:通过实验测得的国军标条件下冲击波在有机玻璃中的衰减规律为p=17.0e-0.0537x,数值模拟结果与实验结果基本吻合,能够准确预测冲击波在有机玻璃中的衰减规律。利用数值模拟方法分析讨论了冲击波压力在隔板中的衰减特性。研究发现:随着隔板长度的增加侧向稀疏波的影响将会越来越显著。

几种典型固体推进剂的燃烧转爆轰实验研究

为探索影响固体推进剂发生燃烧转爆轰的因素,对4种典型固体推进剂样品进行了实验研究。通过选用不同壁厚的样品管及改变样品的装填形式,实现了燃烧转爆轰。利用电离探针对试样稳定爆轰时的爆速进行了测试。结果表明,含RDX、NG高敏感度含能材料的颗粒状CMDB推进剂及药柱内部含有大量气孔的NEPE推进剂发生燃烧转爆轰。推进剂的配方、装药形式、外界约束条件是影响推进剂发生燃烧转爆轰的主要因素。证明了推进剂在特定条件下可以发生燃烧转爆轰。

带壳B炸药在钨珠撞击下冲击起爆的数值模拟

基于L ee-T arver点火增长模型,对直径分别为9、14、18和25mm的钨珠撞击带钽壳B炸药的过程进行了数值模拟,计算出了引爆B炸药的阈值速度,计算值与试验值相符合。探讨了B炸药在钨珠撞击下的起爆机理,结果表明,随着钨珠尺寸的增大,引爆B炸药的钨珠撞击阈值速度呈指数规律减小;当钨珠以引爆阈值速度撞击炸药时,随着钨珠直径的增大,炸药发生爆轰的时间逐渐推后,爆轰增长速度逐渐变慢。从钨珠撞击引爆炸药的机制来说,炸药点火是压力波的峰值压力和持续时间共同作用的结果,峰值较低的压力波作用较长时间也可以引爆炸药。

三波点的测量与实验技术研究

为研究爆炸冲击波传播过程中三波点的轨迹和在三波点上下不同位置测量结果的区别以及与在地面测量冲击波压力的关系,采用在不同高度布放自由场压力传感器,测量了炸药爆炸的冲击波超压,试验研究了三波点的高度。在相应位置的地面放置壁面压力传感器,得到相同测量位置处地面冲击波的压力参数及在距地面一定高度爆炸的三波点轨迹。对比分析了两种测量方法的相对标准差,得到不同测量方法对测量不确定度的影响。结果表明,用自由场压力传感器在三波点上方的测量精度较后者高。

p(BAMO-AMMO)热塑性高能推进剂燃烧转爆轰试验研究

采用燃烧转爆轰(DDT)管法研究了p(BAMO-AMMO)热塑性推进剂主要固体组分RDX和AP含量、AP粒度及级配等对其燃烧转爆轰响应规律的影响。结果表明,在相同试验条件下,含质量分数65%AP的p(BAMOAMMO)推进剂发生了燃烧转爆轰响应,而含等量RDX的p(BAMO-AMMO)推进剂仅发生了燃烧反应。当RDX质量分数从65%增加到85%时,样品由燃烧反应变为燃烧转爆轰反应。含等量细粒度(d50=1.0μm)AP的推进剂发生燃烧转爆轰的倾向较含粗粒度AP(d50=105μm)的低。当粗、细AP以质量比为10∶3级配时,p(BAMOAMMO)推进剂未发生燃烧转爆轰反应。

炸药在密闭空间中爆炸准静压的计算方法

基于目前准静压计算公式的局限性,提出了一个通用计算公式,并提供了未知参数的确定方法。通过该方法在一个容积为500L的密闭爆炸罐中,用PCB压电式压力传感器测试了35g、80g和100gTNT样品的准静压,并拟合了TNT样品的准静压计算公式。利用该公式计算了55g和90gTNT的准静压,并与试验值进行对比,两者符合较好,说明提出的参数拟合方法是可行的。