PBX模拟材料压剪应力状态下的幂函数M-C强度准则与失效特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)在压剪复合应力状态下的强度特性,采用变角剪切加载方法进行了0°,15°,30°,45°,60°,75°以及90°的压剪实验研究;建立了PBX模拟材料的幂函数Mohr-Coulomb(M-C)准则,并对其围压强度进行了预测;利用SEM对压剪加载下的细观失效特性进行了分析。结果表明,PBX模拟材料在加载角度θ为0°,15°,30°,45°时主要表现为沿压剪面剪切的破坏模式,在θ为60°,75°,90°时表现为剪切和张裂的混合破坏模式;在剪切破坏模式下,随着压应力的增加,PBX模拟材料剪切强度呈非线性增加的趋势,细观损伤会从颗粒剪断、破碎逐步发展到次生裂纹的形成与贯通。分析发现,幂函数M-C模型适用于描述PBX模拟材料剪切强度的非线性变化规律,拟合得到的强度准则能较为准确地预测不同围压下的轴向压缩强度;压应力增加引起的内摩擦阻力增大和颗粒破碎、次生裂纹等引起的内摩擦系数降低是导致PBX模拟材料剪切破坏强度随压应力增加而非线性增加的重要原因。

高聚物粘结炸药模拟材料动态变形破坏的实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)加载装置对高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行动态拉伸和压缩加载。利用高速摄影装置记录材料动态变形破坏过程,结合数字散斑相关技术,对不同加载条件下的位移场和应变场进行了分析,对PBX模拟材料动态变形破坏现象和机理进行了分析。实验结果和理论分析基本吻合,验证了数字散斑相关方法用于PBX模拟材料动态测量的可行性。

PBX模拟炸药的动态力学行为及损伤本构研究

针对实验室开展某些弹药力学响应实验时存在的安全问题,制备了PBX模拟炸药并研究了其力学性能,获得了不同应变率下的力学响应过程,并与PBX9501进行了对比;建立了PBS模拟炸药的广义黏弹性统计损伤本构模型(Vicso-SCRAM),利用有限元ABAQUS中VUMAT模块编写子程序,模拟了PBS模拟炸药的SHPB动态压缩实验,验证了所建立的损伤本构模型的有效性;利用SEM扫描电镜观察了PBS加载前后的细观形貌。结果表明,PBS材料具有明显的应变率效应,且其静态/动态力学性能与压装PBX比较相似;PBS细观结构及损伤形貌与PBX较为相似,在准静态加载条件下PBS材料主要发生黏结剂脱粘,在动态加载条件下则以穿晶断裂为主。

温度对高聚物粘结炸药模拟材料拉伸性能的影响

采用标准巴西实验研究不同温度条件(从室温到90℃)下高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的准静态力学行为。采用电荷耦合器件相机和数字图像相关方法测量宏观变形场,测得PBX模拟材料的破坏载荷、拉伸强度等参数;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的平面应变断裂韧性,利用扫描电子显微镜观察巴西实验断面形貌。结果发现,拉伸强度和断裂韧性随温度的增加而降低,同时,随着温度的升高,PBX模拟材料脆性降低。其破坏模式主要由穿晶断裂向沿晶破坏转变,是温度产生的热损伤膨胀破坏和应力产生断裂的复合破裂模式。