熔渣型高热剂未爆弹药销毁器设计与试验

为开展基于熔渣型高热剂燃烧销毁技术的未爆弹药销毁器的研究及应用,设计了3种不同长径比和泄渣通道的未爆弹药销毁器,优选了3类高热剂开展模拟销毁对比试验,明确了高热剂配方和销毁器结构对未爆弹药可靠销毁的影响。结果表明,3类铝热剂在不同销毁器内点火后的销毁效果呈现明显差异,高热剂销毁技术的销毁性能取决于高热剂配方选择和销毁器结构设计的耦合作用;Al/CuO铝热剂因兼具较快的燃烧速率、较高的反应放热量和适中的熔渣生成率,呈现出最优的销毁性能;具有较小长径比和泄渣长槽的销毁器更有利于高温熔渣流动释放,提升对钢板的热熔穿作用效能,适合用作基于熔渣型高热剂的未爆弹药销毁器结构。

基于析因设计的PTFE/Al/SiC力学响应多因素分析

为探究SiC质量分数、SiC粒径和Al粒径及其交互作用对PTFE/Al/SiC(PAS)反应材料力学性能的影响,通过23析因准则设计并制备了8种不同配比的PTFE/Al/SiC反应材料,并进行了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆实验。通过t值排序法筛选显著因子,并分析显著因子贡献率及扰动趋势。通过响应面法分析显著的交互作用。结果显示,较高的SiC质量分数对PTFE/Al/SiC材料的力学性能具有积极影响。在应变率突变的情况下,SiC粒径对材料力学响应产生了相反的扰动趋势。Al颗粒对于PAS材料系统的力学响应作用有限。强烈的因子交互作用不容忽视。在低应变率加载下,SiC质量分数/SiC粒径交互作用显著,当SiC质量分数高且粒径较小时,可以双重优化颗粒分散状态和界面结合强度,从而提高材料的力学响应。在高应变率加载下,较高SiC质量分数的PAS材料动态力学响应较高,且SiC粒径/Al粒径交互作用显著。当SiC与Al颗粒的粒径尺寸接近时,材料的动态响应值能够得到有效提高。

PTFE/Al/Fe_2O_3复合材料的性能

研究了以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,Al/Fe_2O_3混合物为填料的复合材料的准静态压缩性能和撞击感度,探讨了不同烧结温度和不同PTFE含量对复合材料性能的影响。结果表明,随着PTFE含量以及烧结温度的增加,材料强度均呈现先增加后降低的趋势。PTFE质量分数在70%和80%的PTFE/Al/Fe_2O_3复合材料在烧结温度340~370℃的范围时,能够在准静态压缩过程中产生剧烈反应,发出爆炸声和明亮的火光。370℃烧结的PTFE质量分数为70%的复合材料的撞击感度最高,特性落高值仅有37 cm,非常敏感。在同一烧结温度下,随着PTFE含量的增加,复合材料的撞击感度先增加后降低;PTFE含量相同时,随烧结温度的增加,材料撞击感度为先增加后降低。

PTFE基含能药型罩制备及毁伤性能研究

选取了不同PTFE(聚四氟乙烯)基反应材料,通过模压烧结的工艺制备了一批具有一定强度的PTFE基含能药型罩,并利用炸药对其进行直接驱动撞靶实验。结果显示:各PTFE基含能药型罩都能在炸药驱动下成功撞击反应,Mg/PTFE反应材料制备的药型罩和Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩对靶板开孔效果极好,开孔直径分别为13cm和12cm;而Al/Fe_2O_3(AR)/PTFE反应材料制备的药型罩仅在撞击部位造成变形凹坑。研究表明靶板穿孔效应与PTFE基含能药型罩所能承受的最大真实应力值有关,药型罩所能承受的最大真实应力值过小会导致药型罩对靶板穿孔扩孔失败。

三种反应材料药型罩对双靶板毁伤性能实验研究

为验证Al/PTFE、Ni/PTFE、Al/Fe_2O_3/PTFE 3种氟基反应材料的毁伤性能,通过模压烧结的方法制备了3种氟基反应药型罩,同时进行了破甲验证试验。结果显示:3种氟基反应药型罩均能在炸药驱动撞击下发生化学反应,并能有效贯穿第1层靶板,Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩撞击时对靶板的径向膨胀扩孔效应最明显,对第1层靶板的开孔直径达到16cm,但未能贯穿第2层靶板;Ni/PTFE反应材料制备的药型罩在贯穿第1层靶板后能有效贯穿第2层靶板,且对第2层靶板的开孔直径达到1.5cm;3种氟基反应药型罩对第1层靶板的开孔大小依次为Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)、Al/PTFE(1~#)、Ni/PTFE(2~#);对第2层靶板的开孔大小依次为Ni/PTFE(2~#)、Al/PTFE(1~#)、Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)。

铝含量对铝-聚四氟乙烯反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响

为了研究铝含量对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响,通过特定的冷压和烧结工艺,制备了4种不同Al含量的Al-PTFE试件,并进行准静态压缩试验。结果表明,铝含量影响材料的力学响应和失效模式,进而影响材料的反应特性;含有16 wt%Al的试件部分反应,26 wt%Al的试件完全反应,36 wt%Al和46 wt%Al的试件未发生反应;在反应的两类试件中观察到张开型裂纹和剪切裂纹,而在未反应的试件中仅观察到剪切裂纹。

ZrH_(2)填充改性Al/PTFE的力学响应与毁伤性能

为了研究ZrH_(2)对Al/PTFE反应材料力学响应与毁伤性能的影响,采用冷压烧结工艺制备了Al/ZrH_(2)/PTFE、Al/PTFE和纯PTFE三种材料的圆柱体与药型罩试件,通过准静态压缩、落锤冲击和高速撞靶实验,对三种材料的力学性能、撞击感度与撞靶毁伤效能进行了对比研究。实验结果表明:三种PTFE基材料均为弹塑性材料,都存在应变硬化效应,质量分数为10%的ZrH_(2)能提高Al/PTFE反应材料的力学强度,使其屈服强度与失效应力分别达到22.2 Mpa与93.3 Mpa,也可降低材料撞击感度,使其点火激发能增加1.93 J,并通过活化分解参与反应保证材料能量释放水平不受影响。两种含能药型罩在撞靶过程中能发生撞击释能反应,产生穿/扩孔综合效应,形成花瓣式外翻的穿孔形式,与惰性毁伤元相比,反应材料的撞击-反应双重毁伤效应能大幅提升其扩孔能力,在Al/PTFE反应材料中引入适量添加剂ZrH_(2),能进一步增强材料的撞靶毁伤效能。

水下爆破聚能装药结构正交优化设计

以某特定尺度的微型聚能装药结构为研究对象,运用正交设计方法和数值模拟手段对影响射流成型和侵彻的4个关键结构参数进行优化设计。选定射流有效长度与头部速度作为试验指标,利用AUTODYN对9组试验方案进行数值模拟并获得指标数据,通过对模拟结果分析获得最优装药结构参数组合为璧厚0.8 mm、药型罩锥角角度60°、药柱高80 mm、锥顶形状缺口形。采用该方案的装药结构侵彻10 cm厚钢靶,装药产生的射流能够完全贯穿靶板并产生部分剩余射流,射流穿透靶板的开口孔径为1.2 cm。

新型雷体材料及其效能研究

在聚酰胺（PA）或聚丙烯（PP）两种树脂中，用不锈钢纤维（SSF）作导电填料，采用注塑工艺制备新型雷体材料，并进行物理、力学和吸波性能测试。经试验得出，当SSF质量分数为15%时,两种材料的加工性能良好，满足雷体物理、力学性能要求；采用弓形框法测量材料的微波吸收率，PP／SSF和PA／SSF复合材料在8.2～12.4 GHz频率范围内的反射衰减均大于10 dB，将羰基铁与丙烯酸树脂按不同比例混合制备0.4 mm厚度微波吸收涂层分别涂覆两种材料，发现反射衰减值分别提高6.2～11.3 dB和17.9～40.7 dB。

PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料的力学及反应性能

为研究PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下的力学响应和反应特性,在PTFE/Al基础配方中加入不同体积分数的Fe_2O_3,制备了PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征,并用准静态压缩和落锤撞击试验研究了材料的力学和反应性能。结果表明,随着Fe_2O_3含量的增加,PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料压缩强度先增加后减小,当Fe_2O_3体积分数为15%时,材料的压缩强度达到最大,为88MPa;含Fe_2O_3体积分数5%的反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下均能发生剧烈的爆炸反应,但对其反应产物的XRD分析表明,Fe_2O_3与Al之间的铝热反应并未被触发;Fe_2O_3体积分数为15%和25%的反应材料在准静态压缩条件下未见发火现象,但在落锤撞击试验中,发生了剧烈的爆炸和燃烧,并在其反应产物中检测到了AlF_3、Al_2O_3、Fe、FeF_2、FeO(OH)的衍射峰,表明发生了铝热反应。

Al/Fe2O3/PTFE材料压缩力学性能与冲击反应特性

为研究铝/三氧化二铁/聚四氟乙烯(Al/Fe_2O_3/PTFE)材料在准静态压缩情况下的力学性能和落锤冲击条件下的反应特性,在Al/Fe_2O_3基础上加入不同体积分数的PTFE作为粘合剂,制备了多功能结构性Al/Fe_2O_3/PTFE含能材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征。结果表明,在准静态压缩条件下,随着PTFE含量的增加,材料的压缩强度、应变硬化模量、屈服强度、密度以及最大真实应变逐渐增大。当PTFE体积分数由40%增加到80%时,复合材料的强度由16 MPa逐渐上升到87 MPa。在落锤冲击条件下,PTFE体积分数为40%和60%的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料均能在落锤冲击下发生剧烈爆炸和燃烧,而加入80%PTFE的复合材料在高速摄影下也仅观察到微弱的火星,反应十分微弱。随着PTFE的增加,复合材料的感度逐渐降低,特性落高分别为55,58 cm和85 cm,发火延时分别为50,100μs和200μs。40%PTFE含量的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料落锤冲击后产物为AlF_3、Al_2O_3、FeF_2和炭黑,证实了铝热反应的发生,FeF_2不是PTFE与Fe_2O_3反应的产物,而是由铝热反应产生的Fe与PTFE分解产物之间的化学反应产生的。

三元氟基反应材料的压缩力学性能与毁伤效能研究

为研究氟基反应材料的爆炸反应过程及对目标靶板的毁伤效能,在PTFE/Al的基础上分别加入15%体积分数的Fe2O3、Mo O3、Mn O2,制备了3种三元氟基反应材料,测试了其准静态压缩条件下的力学性能,以及所制备的药型罩在炸药驱动下对靶板的穿孔扩孔效应。研究结果表明,3种材料均具有较高的结构强度,且制备成的药型罩在炸药的驱动下均能发生爆炸反应,直接贯穿厚度为10mm的钢板。其中,PTFE/Al/Mo O3材料穿孔扩孔能力最强,是一种优异的毁伤材料。

PTFE/Al/MoO3复合材料的力学和反应性能

使用模压烧结法制备不同PTFE体积分数的PTFE/Al/MoO3复合材料,借助扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料进行表征,并研究该复合材料的准静态压缩性能和动态冲击性能。结果表明:PTFE/Al/MoO3复合材料的强度随着PTFE的增加先增加后降低,当PTFE体积分数为70%时达到最大的80MPa,且该试样能够在准静态压缩条件下发火,发出巨大的爆炸声和明亮的火光,而其他试件在同等条件下未见发火现象。动态冲击条件下,PTFE/Al/MoO3复合材料均能发生爆炸反应,但随着PTFE的增加,剧烈程度逐渐降低,反应产物为AlF3,Al2O3,Mo,C,表明Al与PTFE和MoO3都发生了氧化还原反应。在材料强度和组分的双重影响下,PTFE/Al/MoO3复合材料发火所需能量随着PTFE的增加,呈现先降后升的趋势。

不同PTFE含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料性能的影响

为研究聚四氟乙烯(PTFE)含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料的压缩力学性能和冲击反应特性的影响,使用模压烧结法制备了3种PTFE/Al/MnO_2复合材料,并进行了表征。结果表明:在准静态压缩条件下,含40%PTFE的复合材料强度仅为16MPa,经历弹性形变后很快失效。而加入60%和80%PTFE的复合材料在经过弹性阶段后,材料强度达到87MPa和93MPa;在落锤冲击条件下,加入40%和60%PTFE后,PTFE/Al/MnO_2材料能够发生剧烈爆炸和燃烧,并伴随着高温熔渣喷射现象,而80%的PTFE加入后材料反应十分微弱。

基于平滑先验法的被动声信号趋势项消除

针对目前去趋势项所用方法中存在需预先假设趋势项类型、计算复杂等问题,提出了基于平滑先验法(SPA)的被动声信号趋势项消除方法。该方法是一种改进的消除非平稳趋势项算法,通过分析不同规则化参数下SPA的截止频率,并结合目标声信号中趋势项频率范围,得出规则化参数取值以达到有效去除待处理信号中趋势项的目的,同时保留感兴趣的模式。对装甲目标声信号仿真分析结果表明,处理前后目标声信号时域波形及PSD图谱中趋势项去除效果明显,简单有效地分离了原始数据趋势项和周期项,可用来对雷场中目标声信号进行去趋势项预处理。

J积分法研究温度对Al⁃PTFE反应材料断裂韧性的影响

为探究聚四氟乙烯(PTFE)的温度引发相变特性对铝‑聚四氟乙烯(Al‑PTFE)反应材料断裂韧性的影响,通过开展准静态拉伸实验和断裂韧性实验,使用ASTM E1820单试样法中的归一化数据简化技术,对Al‑PTFE的弹塑性断裂韧性进行J积分分析,结合试样断面微观形貌分析,明确了温度对Al‑PTFE断裂韧性的影响。结果表明:随着温度的升高,Al‑PTFE反应材料强度降低,断裂韧性增大,屈服强度和断裂韧性在跨越相变温度后呈现明显的突跃变化,裂纹扩展模式由脆性断裂转变为延性断裂。当PTFE处于结晶相Ⅱ状态时,能够拉伸形成的PTFE纤丝较少,而当温度升高,PTFE晶相向Ⅳ和Ⅰ状态转变时,稳定成形的PTFE纤丝能够通过局部塑性变形有效耗散外部能量,并依托缠绕桥接使裂纹尖端发生钝化,阻止裂纹扩展,从而提高材料断裂韧性。

环境温度对Al-PTFE准静态压缩力学性能及反应特性的影响

为了研究环境温度对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学性能及反应特性的影响,采用冷压和烧结工艺,制备了尺寸Φ10 mm×10 mm的Al-PTFE试件(Al与PTFE的质量比为:26.5∶73.5)。利用CMT5105微机控制电子万能试验机对不同温度下的试件进行了准静态压缩,得到了材料在相应温度下的应力应变曲线。结果表明,材料的力学性能及反应特性均受环境温度的影响。温度较低时(-18,0,16℃),材料偏脆性,屈服强度高于28.31 MPa,失效应变为1.31～1.49,试件呈剪切破坏;随着环境温度的提高(22,35,80℃),材料延性增强,屈服强度低于20.26 MPa,而失效应变提升至1.84～2.08。形变能力的提升使得试件失效时其吸收的能量沿着横向拉伸应力形成的张开型裂纹瞬间释放,引发试件剧烈反应。

Al/PTFE/SiC反应材料准静压性能研究

为了研究加入纳米SiC后Al/PTFE/SiC反应材料准静态压缩的力学性能和反应影响因素,采用模压烧结工艺制备了5类不同SiC含量的Al/PTFE/SiC试件,并开展准静态压缩实验,得到了真实应力应变曲线;根据试件的失效形貌特征,分析了准静态压缩下材料的力学性能和反应影响因素。结果表明:添加纳米SiC可提高Al/PTFE材料的弹性模量和屈服强度,降低失效应变值,少量的纳米SiC可提高Al/PTFE/SiC材料的抗压强度。

PTFE/Al/Al_2O_3反应材料的力学性能与反应特性

为研究以聚四氟乙烯(PTFE)/Al为基体,Al_2O_3为添加剂的反应材料的力学性能与反应特性,利用准静态压缩实验和同步热分析实验,得到了材料的应力应变数据和热重–差示扫描量热曲线,对比研究了PTFE/Al/Al_2O_3三元反应材料的准静压力学性能与静态释能特性。结果表明,加入适量的Al_2O_3可以提高PTFE/Al材料强度,然而过量的Al_2O_3会使材料强度降低;纳米级Al颗粒和纳米级Al_2O_3均能够与PTFE发生反应,而当粒径由纳米级增大至微米级时,反应剧烈程度大幅降低;PTFE/Al (1μm)/Al_2O_3 (30nm)样品主反应放热量为7.86J/g,而PTFE/Al (1μm)样品主反应放热量仅为0.93J/g,即PTFE/Al中添加纳米级的Al_2O_3能够增加反应释放能量,使材料反应更加剧烈。

PTFE/Al/MnO_2复合材料制备及性能

采用模压烧结法制备聚四氟乙烯(PTFE)/Al/MnO_2复合材料。对不同配比的PTFE/Al/MnO_2试件,利用电子万能试验机测试其准静态压缩力学特性,利用高速摄影机和落锤仪测试其撞击感度,并获得试件特性落高H50。结果显示,PTFE/Al/MnO_2试件的压缩强度随PTFE体积分数的增加而增大,PTFE含量为70%时达到最大,最大真实应力为92MPa;不同PTFE含量会导致撞击发火现象产生明显差异,PTFE含量低于55%的试件在撞击发火过程中有明显二段反应现象,而PTFE含量高于60%的试件未发现二段反应;撞击感度随试件中PTFE含量的增加而减小,PTFE体积分数为40%的试件其特性落高为48cm,PTFE体积分数为70%的试件其特性落高为65cm。