高聚物粘结炸药模压成型的数值模拟研究进展

为给高聚物粘结炸药(polymer bonded Explosive,PBX)实际生产工艺参数制定和品质调控提供精确指导,梳理基于连续介质假设和微粒学观点2种方法的PBX压制成型数值模拟研究进展,介绍炸药晶体颗粒与粘结剂的物性模型、微结构损伤表征与演化,以及PBX在机械载荷作用下力学行为的相关理论;从PBX的材料特性以及散粒组合复合材料的特殊几何结构等角度,分析PBX压制理论研究的难点,提出基于统计学概念的PBX压制变形与损伤分析的设想。结果表明:数值模拟可克服物理实验的限制,从而得到PBX在热-力耦合作用下的重要信息。

高聚物粘结炸药压制成型工艺实验研究综述

为提高高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)药柱生产安全性以及弹药的毁伤威力,对压制成型方法进行分析。介绍药柱密度与力学性能关系的研究现状,并分别介绍成型方法和工艺参数对药柱成型质量影响、压制成型过程炸药颗粒损伤2方面的研究进展。结果表明,该研究可为PBX压制成型机理的深入研究和技术开发提供参考。

PETN为基的高聚物粘结炸药(PBX)力学性能的MD模拟

PETN(季戊四醇四硝酸酯,又名太安)是爆炸性能优良的硝酸酯类高能炸药的典型,该研究将其选作高聚物粘结炸药(PBX)中的基炸药。选择聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、F2311和F2314作为粘结剂,对PETN及其与这4种含氟聚合物组成的PBX,用国际上流行的Materials Studio软件中的DISCOV-ER模块,以先进的COMPASS力场,主要模拟研究了PETN基PBX在不同温度下的力学性能。发现随温度升高,PBX的刚性减小,弹塑性增强。

基于新型聚氨酯弹性体材料在PBX炸药载体中的应用

为提高高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)炸药载体的力学强度,在炸药的粘结剂体系中引入聚氨酯弹性材料进行聚醚/聚酯粘结剂高强度载体设计。通过调控聚氨酯弹性体制备过程中多元醇的比例和分子量、固化剂的种类,利用旋转流变仪和多功能万能材料试验机开展材料固化速率性能分析和固化后聚氨酯弹性体对端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminatedpolybutadiene,HTPB)粘结剂体系力学强度影响规律分析。结果表明:PCL_PTMG聚氨酯弹性体拉伸强度的大小与固化剂的固化速率相关;改变聚酯聚醚分子量对弹性体抗拉强度的影响不大;当聚酯聚醚的比例为4:1时,弹性体抗拉力学强度最优;聚氨酯弹性体增大了HTPB粘结剂体系强度。

热老化对TATB基高聚物粘结炸药力学性能的影响

对某TATB基高聚粘结炸药(PBX)进行了55～75℃加速老化试验,并对老化前后的样品进行了不同温度下压缩性能、拉伸性能和弯曲蠕变实验,用扫描电子显微镜对老化前后炸药高温拉伸断口形貌进行了观察。结果表明:长期高温贮存后,TATB基高聚物粘结炸药晶体与粘合剂仍具有良好的粘合界面,其模量、破坏强度、破坏应变和稳态蠕变速率等力学性能指标均未发生明显的变化。

热循环对TATB基高聚物粘结炸药性能的影响研究

在-40^+75℃条件下对TATB基高聚物粘结炸药进行了热循环试验,并在试验前后对炸药试件的尺寸、力学性能及爆轰性能进行了测试。结果表明:TATB基高聚物粘结炸药在热循环后尺寸出现了长大,随着循环次数的增加,其尺寸长大的速率明显变缓;由于界面脱粘,其模量、强度和蠕变性能在热循环后也出现了一定程度的下降;热循环试验后,TATB基高聚物粘结炸药试件的孔隙率增大,其冲击波感度略有升高,但其爆速变化不明显。

高聚物粘结炸药温湿度载荷加速老化试验研究

在5 MPa的轴向压应力条件下对高聚物粘结炸药进行了温湿度试验,结果表明,高聚物粘结炸药在温湿度载荷三种环境因素的共同作用下,模量和破坏强度都发生了比较明显的变化。高聚物粘结炸药经过45℃、65%RH、5 MPa的温湿度载荷多因素老化试验后,密度基本不变,但是当其经过60℃、80%RH、5 MPa的老化试验后,密度下降比较明显。温湿度载荷多因素老化试验后,模量和破坏强度在老化初期下降都比较明显,但是随着时间的延长,模量和破坏强度变化都不明显。

TATB基高聚物粘结炸药高温力学性能

为分析TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温状态下的性能变化,对该高聚物粘结炸药在不同温度下的压缩性能、拉伸性能、蠕变性能及泊松比进行了测试,并采用扫描电子显微镜对其高温蠕变断面形貌进行了观察。结果表明,该高聚物粘结炸药的压缩强度、拉伸强度、抗蠕变持久应力及持久时间均随温度升高而降低,其泊松比随温度升高无明显变化;在高温70℃、拉伸应力为3 MPa下,该PBX拉伸蠕变破坏模式主要为炸药颗粒与粘结剂脱粘,而在相同拉伸应力、温度为50℃和60℃下,其拉伸蠕变破坏模式还表现为炸药颗粒断裂。

超临界流体反溶剂法制备高聚物粘结炸药技术初探

利用恒容静态平衡法,测定了包覆用氟橡胶-乙酸乙酯-CO2三元体系不同组成相应的临界温度和压力;以此为制备工艺参数确定的依据,将超临界流体反溶剂过程用于制备含3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的高聚物粘结炸药,所得产品经组分分析、性能测试、吸光度的测量、红外光谱分析、扫描电镜(SEM)等手段,验证了该技术和工艺的可行性。

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。

JOB-9003高聚物粘结炸药热冲击损伤破坏相关性研究

为研究高聚物粘结炸药损伤及相关问题,采用水浴式"激热"方法和超声波特性参量检测技术对JOB 9003高聚物粘结炸药试样的热冲击损伤破坏进行了试验研究,获得了热冲击温度差与试样损伤破坏率、超声波增益之间正相关的对应关系。

TATB基高聚物粘结炸药低温老化后的结构和热性能研究

将TATB基高聚物粘结炸药在 0 ,-10 ,-2 0 ,-30 ,-4 0℃的条件下贮存 12 0天 ,利用红外光谱测定其分子结构的特征 ,并利用真空安定性试验、热失重以及差热分析测定低温贮存前后的热稳定性 ,结果表明 :TATB基高聚物粘结炸药经低温贮存后分子结构没有发生改变 ,热稳定性较好 。

用正电子湮没寿命谱研究热处理对TATB基高聚物粘结炸药微结构的影响

用正电子湮没寿命谱仪测试了TATB基高聚物粘结炸药在热处理前后的正电子湮没寿命谱,并就热处理对其内部微结构的影响进行了探讨和分析。结果表明:正电子在TATB基PBX中的湮没模式主要为自由态湮没和捕获态湮没,热处理后其内部微孔隙的数量明显减少,但孔隙的平均尺寸却出现了一定程度的增大。

高聚物粘结炸药蠕变行为的近场动力学模拟方法

近场动力学是一种新的无网格方法,发展了其对材料粘弹性力学行为的分析能力。采用Burgers粘弹性模型,结合非线性粘弹体的时间-应力等效原理,推导出非线性粘弹体在不同应力下的蠕变柔度的表达式和近场动力学蠕变本构力函数,建立起可应用于高聚物粘结炸药的近场动力学蠕变模拟方法。模拟了PBX9502的蠕变行为,并通过实验验证。建立的方法可用于高聚物粘结炸药在温度和应力共同作用下的蠕变行为分析。

HMX级配对醇醛高聚物粘结炸药流变性能的影响

为了探索HMX颗粒级配对醇醛浇注型高聚物粘结炸药流变性能的影响,采用幂律模型和卡森模型,研究了HMX不同颗粒配比下的物料状态。结果表明,该物料属于具有触变性的假塑性流体。非牛顿指数n值与小颗粒含量呈负相关。低剪切速率(2.15 s^(-1))时,物料粘度随小颗粒含量增加出现极大值。高剪切速率(53.85 s-1)时,物料粘度与小颗粒含量呈正线性关系。物料的屈服值与小颗粒含量负相关,且中颗粒含量对物料屈服值的影响最显著。认为,n值越大、粘度越小、屈服值越低的物料流变性能更好。

高聚物粘结炸药及其涂层的摩擦性能

分别采用材料试验机和纳米压痕仪测试了两种高聚物粘结炸药(PBX)材料(P1、P2)和两种高分子涂层(C1、C2)在宏观和微纳尺度上的摩擦性能,并对这四种材料的摩擦性能进行了比较,同时还对这四种材料在60℃、80%RH、2个月条件下老化后摩擦性能的变化进行了试验研究。试验结果表明:(1)两种尺度上的摩擦性能具有一定的相关性;(2)四种材料中,C1涂层摩擦系数明显偏大,与P1、P2差异明显,C2涂层摩擦系数与P1、P2比较接近;(3)老化后,只有C1涂层摩擦系数增大,其它材料摩擦性能没有显著变化。

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%～67.98%、55.57%～65.56%和31.63%～42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。

高聚物粘结炸药平面应变断裂韧度实验研究

介绍了高聚物粘结炸药平面应变断裂韧度 K1c的测试方法 ,对三种高聚物粘结炸药 JOB- 90 0 3、JO- 915 9、JB- 90 14在常温下的K1c值进行了测试。测试结果分别为 :0 .2 4± 0 .0 1MPa·m1/ 2、0 .17± 0 .0 1MPa· m1/ 2、0 .37± 0 .0 1MPa·m1/ 2 ,显示出 JB- 90 14具有相对较强的抗裂纹扩展能力。文章同时讨论了三种高聚物粘结炸药 K1c值与其常规力学性能如拉伸应力应变曲线、蠕变曲线测试结果的一致性 ,还从材料组成的角度 ,分析揭示了 JB- 90 14具有较大 K1c值的主要原因在于 JB- 90 14所用粘结剂为 F2

高聚物粘结炸药断裂特性实验研究

研究了高聚物粘结炸药在室温下的断裂特性 ,结果表明这类材料的断裂韧性与裂纹长度有关 ,所测试的断裂韧性值随着裂纹长度的增加而降低 ,并且不趋于一个较稳定的值 ,这与金属材料的结果不一样。断面观察发现断面上有分布的颗粒 ,且周围与基体界面的微裂纹使得材料的断裂性能降低。分析表明 ,对工程应用来讲 ,可以选取 0 .2≤a/W≤ 0 .3范围内的裂纹长度来确定这类材料的断裂韧性。

简单拉伸下高聚物粘结炸药的损伤测量及损伤演化研究

在简单拉伸载荷下高聚物粘结炸药呈现出非线性力学行为 ,这种非线性特性是由于材料内部损伤的演化和发展所致。采用弹性模量下降法测量了高聚物粘结炸药的损伤变量 ,据此建立了这类材料的损伤演化方程和本构关系 ,理论结果与实验结果吻合 ,并进一步讨论了高聚物粘结炸药的损伤度量方法和损伤特性。