低速撞击下PBX炸药黏弹塑性细观损伤点火模型研究

为研究塑性黏结炸药PBX-9501在低速撞击条件下的力学变形、损伤以及温升情况,发展了基于黏塑性演化方程以及复杂应力状态下微裂纹形核、演化机制的非线性黏弹塑性细观损伤力热化学耦合模型.通过分析低速撞击试验中力学变形-损伤对炸药宏细观温升的影响,可确定炸药发生点火的主导机制及点火速度阈值,结果表明:撞击速度为59 m/s时PBX-9501炸药呈现大变形与破碎响应特征,顶部位置微裂纹和微孔洞演化程度最高,裂纹摩擦热点机制对炸药热点温升起主要作用;随着撞击速度增大,微裂纹热点机制仍为点火主导机制,可预测得到PBX-9501炸药点火临界撞击速度为120~125 m/s.

基于翻转课堂的毁伤力学教改与实践探究

为实现以学生为主角的教学理念,结合毁伤力学在线教学过程把控、实践类内容传授等方面的需求,以加深学生对战斗部及其毁伤效应基础知识的理解、形成对武器高效毁伤的科学认识为教学目标,以翻转课堂的教学理论为依据,探讨了毁伤力学翻转课堂研究型教学设计方法,建立了融合思政引领、“启发式”问题链驱动及演示仿真实践等线上线下“多维”互动的翻转课堂新型教学模式,打通了学生从武器原理到作战应用的知识链路,培养了学生自主学习、融会贯通、解决实际问题和创新实践能力,提升了毁伤力学课程的教学效果。

含能单晶微纳米力学性能试验研究及数值表征

利用微纳米压痕实验测定β-HMX单晶(010)晶面和α-RDX单晶(210)晶面的力学性能参数和微观破坏特征,并利用数值拟合确定了含能单晶的部分本构参数.通过微纳米压痕实验连续刚度法(CSM)得到HMX单晶和RDX单晶的弹性模量和硬度,RDX单晶的硬度和模量都大于HMX单晶,其硬度值均表现出一定的尺寸效应.利用原子力显微镜(AFM)分析了HMX单晶和RDX单晶的微观破坏机理,裂纹随着载荷的增大生成并扩展,裂纹面产生方向为晶体的最易解理破坏方向.利用ABAQUS有限元软件进行了纳米压痕数值模拟,结合微纳米压痕实验加卸载曲线,选取了合适的含能单晶塑性损伤本构模型的损伤本构参数.

含能单晶微纳米力学性能试验研究

本文利用微纳米压痕试验研究了β-HMX单晶(010)晶面和α-RDX单晶(210)晶面的力学性能参数和微观破坏特征。通过微纳米压痕试验连续刚度法(CSM)得到HMX单晶和RDX单晶的弹性模量和硬度,RDX单晶的硬度和模量都大于HMX单晶,其硬度值均表现出一定的尺寸效应。利用原子力显微镜(AFM)分析了HMX单晶和RDX单晶的微观破坏机理,裂纹随着载荷的增大生成并扩展,裂纹面产生方向为晶体的最易解理破坏方向。

浇注炸药PBX⁃1侵彻安定性试验与数值模拟

为了研究浇注型高聚物黏结炸药(PBX‑1)在侵彻过程中的安定性,开展155 mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验,获得了该试验条件下装药安定的临界侵彻速度约为490 m·s^-1。基于黏弹性统计裂纹(Visco‑SCRAM)模型,采用流固耦合方法模拟了安定性试验中装药的力学响应,计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。数值模拟结果与试验结果相一致,试验弹弹体侵彻后无明显的变形和破坏,但浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动,部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应;侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞,形成局部高压区,最高压力超过500 MPa,装药尾部变形和损伤严重,装药尾部在碰撞和挤出时,温度会急剧升高,从而导致意外点火。

2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药宏细观烤燃响应特性数值分析

2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)熔铸炸药在烤燃过程中会发生DNAN熔化、HMX晶型转变等特征现象。为研究其烤燃响应特性,发展了DNAN熔化-化学反应动力学模型,结合HMX四步化学反应动力学模型,从宏观和细观尺度研究了DNAN基熔铸炸药的熔化、晶型转变及点火响应。宏观计算结果表明:DNAN在约377.00 K熔化,HMX在约450.00 K晶型转变,点火温度为531.34 K,点火位置位于装药上下端面与侧面夹角处环形区域,计算点火时间与实验结果误差为0.5%。基于宏观点火区域进行细观计算,发现点火位置位于HMX炸药晶粒,并得到DNAN熔化、HMX晶型转变等细观分布演化规律,即不同时刻,液相DNAN统计分布呈U形分布,δ-HMX近似正态分布。表明DNAN基熔铸炸药烤燃宏细观数值计算对深入理解含能材料的热点火机理具有重要意义。

HMX基含AP浇注炸药烤燃实验与数值模拟

为研究新型奥克托今(HMX)基浇注炸药GOLA-1(HMX-Al-高氯酸铵(AP)-黏结剂(Kel-F))在热刺激下的响应特性,对GOLA-1炸药进行了温升速率为1.0和1.5 K/min的烤燃实验,获得了炸药中心点温升和点火时间等信息。在此基础上,结合烤燃数值模拟,预测了炸药的点火位置及温度。数值模拟与实验结果吻合较好,在1.0和1.5 K/min温升速率下GOLA-1炸药点火时间的相对偏差分别为1.3%和1.7%,表明所建立的数值模型较为合理。采用该模型进行了不同温升速率下的数值模拟,结果表明:当温升速率下降至0.4 K/min时,点火位置由装药底面边缘的环形区域移动至装药中心轴线上靠近下部的位置;点火位置随温升速率的下降而逐渐向药柱上部移动,温升速率对点火温度基本没有影响。

含能单晶不同初始温度和准静态压缩下的损伤力学性能

为研究含能单晶在173~348 K初始温度范围内的变形行为,对含能单晶黑索今和奥克托今进行不同初始温度下的准静态单轴压缩实验。用丙酮溶剂重结晶培养大单晶,使用抛光机以50 r/min的转速将其抛光至圆柱体,进行单轴压缩实验。结果表明:应力-应变曲线呈现明显的温度软化效应,晶体的断裂应力随温度升高而减小,断裂应变随温度升高而增大,晶体随温度升高呈现更好的延展性;室温下可以观察到含能单晶的断裂模式为剪切断裂,变形过程中形成模糊的微裂纹,最终导致透明的单晶破碎;奥克托今的力学行为表现出明显的各向异性。

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。

高温下奥克托今单晶冲击响应数值计算

为研究奥克托今(HMX)单晶在高温下的冲击响应,发展了基于热激活和声子拖曳位错滑移机制的非线性热弹黏塑性模型。该模型可再现平板撞击实验中HMX单晶Hugoniot弹性极限(HEL)的热硬化效应。通过定量分析声子散射和辐射阻尼对热硬化效应的影响,可研究373 K、423 K高温下受冲击HMX单晶位错滑移机制演变以及相关热力学响应。结果表明:随着初温由300 K升高至423 K,声子散射和辐射阻尼效应增强导致声子拖曳系数增大,使可移动位错黏性摩擦增强,平均位错速度由2237 m/s减小至1537 m/s,进而产生较低的塑性剪应变率和较高的流动应力,引起HMX单晶HEL的热硬化效应;剪切模量随着初温升高变化较小(约1.0 GPa),导致辐射阻尼对热硬化效应的贡献小于声子散射。

基板非圆过孔的信号完整性和电源完整性研究

随着科技的发展,半导体芯片的电源电压越来越小,电流越来越大,信号速度越来越高,从而导致电源完整性和信号完整性问题日益突出。对于一个电子系统来说,其电源完整性问题和互连的信号完整性问题来源包括芯片晶圆、封装、连接器、背板等,封装的电源完整性问题和信号完整性问题必须引起足够的重视。基板类封装中,过孔作为信号网络不同层之间的连接通道,其设计不当往往会造成严重的电源完整性问题和信号完整性问题。针对一种非圆形过孔应用于基板的电源完整性和信号完整性进行了研究,并对应用背景以及使用圆形过孔对其等效进行了探讨。

一种控制SoC芯片封装的多物理域设计仿真分析研究

伴随着电子集成电路产业的迅猛发展,芯片封装仿真模拟等手段不断提升,越来越多的性能仿真分析技术正逐步渗透到芯片封装技术的制造过程,仿真技术在保证封装的各项可靠性及产品性能的同时,省去了大量的封装实验验证批次,大大缩短设计和制造周期。通过对一种SoC芯片封装的电、热及应力性能的多物理域设计仿真分析,介绍如何使用仿真分析方法对SoC芯片封装的性能进行研究。