Numerical simulation of drop weight impact sensitivity evaluation criteria for pressed PBXs

A thorough understanding of drop-weight impacted responses for polymer-bonded explosives(PBXs)is significant to evaluate their impact sensitivity.The characteristics of the drop-weight impacted pressed PBXs including deforming,fracturing,forming a local high-temperature region and igniting,were simulated using a coupled mechanical-thermo-chemical model integrating micro-defects evolution.A novel evaluation method for impact sensitivity is established using the relation between the input kinetic energy and the output energy due to deformation,crushing energy,local hot spot energy and ignition.The effects of impact velocity on sensitivity were analyzed and the critical local ignition impact velocity is determined as 4.0-4.5 m/s.The simulated results show that shear-crack friction heating is the dominant ignition mechanism.The region along the boundary of PBXs sample is the most hazardous regions where ignition first occur.The propagation of stress wave in PBXs causes shear-crack hotspot and bulk temperature exhibiting an approximate 45°direction evolution path,which is the main reason that dominated damage-ignition region transits from the boundary to the central of sample.

Experimental investigations of mechanical and reaction responses for drop-weight impacted energetic particles

Low-velocity drop-weight impact experiments on individual and multiple Cyclotetramethylene tetranitramine (HMX) energetic particles were performed using a modified drop-weight machine equipped with high-speed photography components. Multiple particles experienced more severe burning reactions than an individual particle. Comparisons between impacted salt and HMX particle show that jetting in HMX is mainly due to the motion of fragmented particles driven by gaseous reaction products. Velocity of jetting, flame propagation, and area expansion were measured via image processing, making it possible to quantify the chemical reaction or mechanical deformation violence at different stages.

基于JK落重和Bond球磨功指数试验的铁矿石碎磨特性及流程模拟计算

弓长岭选厂目前采用传统的“三段一闭路破碎”、“阶段磨矿”的碎磨工艺流程,存在生产工艺流程长且磨矿能耗偏高等问题。因此拟在粗碎后增加(半)自磨作业,降低进入球磨物料的粒度,以期降低磨矿作业能耗,优化碎磨作业工艺流程,提高选厂的作业生产能力,降低磨矿作业生产成本。试验原料铁矿石品位为28.27%,其中铁主要以磁铁矿的形式存在,脉石主要为SiO2,含量为48.61%。以鞍钢弓长岭选厂作业流程中粗碎产品进行JK落重试验,细碎产品进行Bond球磨功指数试验,对矿石的碎磨特性参数进行深入研究。研究结果表明,矿石的冲击破碎模型t10=70.099×(1-exp-0.647×Ecs),其中A为冲击粉碎参数,其值为70.099,b为0.647,A×b为45.354,矿石的抗冲击破碎能力属于中等级别,且随着颗粒粒度的减小而增大;矿石磨蚀系数ta为0.361,抗磨蚀能力为中等级别;矿石的相对密度为3.26。Bond球磨功指数试验获得的功指数Wib=11.7665kWh/t,属于中硬矿石,可以采用(半)自磨工艺。半自磨机设计给矿粒度为F80=160mm,最终产品粒度P80=86μm,JKsimMet软件模拟结果表明,需要2台Φ8.8m×5.1m半自磨机(装机功率7000kW)可满足生产要求。该试验结果对后续选厂工艺流程的优化具有重要意义。

锚杆支护网片动载力学性能试验研究

为了合理选择冲击地压巷道锚杆支护所需的网片,通过实验室试验从网片变形、承载力、位移及吸能等四个维度对比研究机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片的动载力学性能,得到了两种网片在冲击载荷作用下的变形破坏方式及吸能特性。研究结果表明:冲击载荷作用下,机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片破坏变形集中区域不同,机编焊接钢筋网片以“十字”形式向中心变形,破坏主要集中在钢筋网与固定压板接触处,钢塑复合聚酯网片破坏主要集中在受冲击载荷中心部位及聚酯网与固定压板接触处;网片冲击力时程曲线可分为缓慢承载阶段、波动稳定承载阶段及衰减阶段,随着冲击载荷的增加,机编焊接钢筋网片冲击力峰值明显大于钢塑复合聚酯网片,机编焊接钢筋网片对冲击地压巷道的支护能力更强;网片位移变形随着冲击能量的增加逐渐增加,机编焊接钢筋网片可抵抗冲击能量大于5000 J,钢塑复合聚酯网片可抵抗冲击能量为2000 J。

冲击载荷作用下新型加筋板损伤变形试验研究

船舶在遭遇碰撞搁浅事故时,加筋板是最先受到载荷的构件,其耐碰撞性能直接影响船体结构的安全性.文中以船体典型加筋板结构为研究对象,基于重量等效原则设计了结构近似的传统加筋板与U型加强筋加筋板,通过开展落锤碰撞试验,从损伤变形、碰撞载荷方面分析结构响应.结果表明,在相同撞击能量的情况下,U型加强筋加筋板的极限撞深与残余变形均小于传统加筋板,在碰撞后期,U型加强筋加筋板的碰撞力明显高于传统加强筋加筋板.

高强珊瑚混凝土抗冲击性能试验研究

为研究高强珊瑚混凝土的抗冲击性能,采用小粒径级配的珊瑚砂完全取代粗骨料制备高强珊瑚混凝土,并掺入不同量的聚丙烯纤维,对其进行自由落锤冲击试验。结果表明:与未掺加纤维的试件相比,聚丙烯纤维的掺入起到了“桥接”作用,微裂纹间的相互影响较强,试件破坏时裂缝较多。不同掺量聚丙烯纤维能有效增强高强珊瑚混凝土的抗冲击性能,冲击次数、吸收能量与掺量基本呈一次线性关系。与0掺量的试件相比,掺入1、2、3 kg聚丙烯纤维时,试件初裂冲击次数(吸收能量)分别提高了46.15%、115.38%和170.08%,破坏冲击次数(吸收能量)分别增加了47.06%、108.82%和152.94%。增加聚丙烯纤维掺量对初裂冲击次数明显提高,但初裂次数与终裂次数极为接近或相同,不能采用抗冲击强度保留率来评价HSCC的抗冲击性能。

地聚物混凝土梁的抗冲击性能研究

采用单次落锤冲击试验对地聚物混凝土梁的抗冲击性能进行研究,以混凝土种类与强度为研究变量,设计了3根地聚物混凝土(GC)试验梁与1根普通混凝土(OPC)试验梁,试验获得了各试验梁的跨中挠度、冲击力、支座反力的时程曲线,以及裂缝分布和破坏模式,并根据混凝土种类与强度的不同对试验梁冲击行为的差异进行了分析,以评价这种地聚物混凝土梁的抗冲击性能。

30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能,自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成,可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料,初步开展了支护材料动态力学性能测试,测试结果表明:动载下锚杆颈缩不明显,表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,而延伸率大幅度降低;锚索受动载后钢丝易散开,外侧的钢丝更容易出现破断,破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高,而延伸率却大幅度降低,锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段,托板的冲击力峰值要明显大于其静载,变形量与静载基本相同,拱部结构在动载下能平稳变形吸能;随着冲击能量的增加,菱形网的冲击力峰值逐步增加,而变形量先增加后减小,菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段,为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和支护设计奠定了基础。

泡沫铝夹芯板的低速冲击行为与仿真模拟

采用包套轧制-粉末冶金发泡工艺,制备了具有冶金结合界面的三明治型闭孔泡沫铝夹芯板;通过落锤冲击实验,研究了在不同的冲击能量和面板厚度下泡沫铝夹芯板的冲击损伤过程.结果表明:当冲击能量由60 J增加到120 J时,峰值载荷由5998.55 N增加到6502.86 N,增幅达8.41%,基体损伤区域增大;当冲击能量为90 J时,可通过适当增加上、下面板的厚度来提高泡沫铝夹芯板的抗冲击性能.利用有限元软件ABAQUS建立了泡沫铝夹芯板低速冲击过程的数值模型,并通过实验结果验证了数值计算结果的可靠性,为设计新型的轻质、高抗冲击性能泡沫铝夹芯结构提供了理论依据.

闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管的低速冲击性能

目的研究闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管在低速冲击载荷下的力学及吸能性能,探究泡沫Al-Cu与铝合金薄壁管之间的交互作用。方法采用粉末冶金发泡法制备闭孔泡沫Al-Cu,并将其直接填充到铝合金薄壁管中,获得闭孔泡沫Al-Cu填充薄壁管(简称“填充管”)。采用万能电子试验机和冲击试验机对试样进行力学及吸能性能测试,采用VIC-3D系统和高速摄像机观察试样的宏观变形行为,采用扫描电子显微镜(SEM)分析试样的微观断口形貌。结果在不同冲击能量下,泡沫Al-Cu具有较稳定的吸能特性。在相同位移下,较大冲击能量下的填充管能够吸收更多能量。与薄壁管相比,受冲击后填充管的形变较小且其冲击曲线更加平稳,表明泡沫Al-Cu芯材的填入能够增强变形稳定性及整体吸能能力。与泡沫Al-Cu相比,填充管受应变率影响较小,可在较宽应变率范围内稳定吸能,较高应变率下的冲击会导致泡孔发生脆性断裂。结论填充泡沫Al-Cu芯材能够提高薄壁管受冲击载荷时的变形稳定性,两者之间的相互作用使填充管结构具有更好的吸能性能。

某车型内高压成形吸能盒碰撞性能数值仿真研究

汽车吸能盒作为保险杠内的一个重要吸能部件,在碰撞中可以起到吸收碰撞能量、保护纵梁和降低维修成本的作用,对提高整车的耐撞性具有积极作用。以某车型轿车前保险杠吸能盒为研究对象,将原有冲压焊接结构优化为内高压成形结构。运用Hypermesh、LS-Dyna软件分别对2种结构吸能盒的吸能特性进行碰撞数值仿真,应用Autoform软件对内高压成形结构吸能盒进行内高压成形数值仿真;针对吸能盒实物进行了成形、碰撞试验,最后将碰撞数值仿真结果、内高压成形数值仿真结果与试验值进行了对比。结果表明:内高压成形结构吸能盒在轻量化、成本和产品性能3个方面均优于冲压焊接结构吸能盒,碰撞数值仿真和内高压成形数值仿真对产品性能和工艺开发及优化均有较大的指导意义,该研究方法为汽车吸能元件设计提供了一种新的思路。

钢纤维再生混凝土弯曲韧性与抗冲击性能

为研究钢纤维对再生混凝土(RAC)抗弯性能和抗冲击性能的影响,通过对不同钢纤维体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)下的钢纤维再生混凝土(SFRAC)进行了弯曲韧性试验和落锤冲击试验,得到其荷载-挠度曲线、初裂冲击次数、破坏冲击次数,并计算出韧性指数和冲击能量。结果表明:掺入钢纤维能显著提高再生混凝土的弯曲韧性和抗冲击性能。当钢纤维掺量为1.5%时,抗弯初裂强度和抗弯强度较素混凝土分别提高了52%和33%,初裂冲击次数和破坏次数较素RAC分别提升了1.28倍和18.90倍。钢纤维再生混凝土的韧性指数与冲击能量呈对数关系。

标准火灾作用下钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,考察受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率对其抗冲击性能的影响。试验量测钢管表面温度、冲击力与压缩变形时程曲线。试验结果表明,受火时间、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温下钢管混凝土的动态力学性能有影响;受火时间对冲击极限承载力和残余变形的影响最为显著,其余参数对冲击承载力影响不大,而试件的残余变形随着受火时间和冲击能量的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。常温和火灾下钢管混凝土在冲击荷载作用下产生显著的压缩变形,遭受不同程度的破坏,但仍能够保持很好的截面完整性,说明钢管混凝土在火灾(高温)下具有良好的抗冲击能力,适用于有火灾(高温)抗冲击、抗倒塌设计需求的结构。

高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行了高温作用后钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,通过试验研究试件所经历的最高温度、升降温全过程中轴压力水平、冲击速度、冲击能量和含钢率等参数对高温后钢管混凝土抗冲击性能的影响。试验量测了钢管混凝土应变、冲击力和压缩变形时程曲线,试验结果表明,试件所经历的最高温度、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温作用后钢管混凝土的动态力学性能有显著的影响,而升降温全过程中轴压力水平的影响较小。试件的轴向和径向残余变形随着试件所经历的最高温度、冲击能量、轴压比的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,说明钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力。

RDX/HMX颗粒炸药落锤撞击点火-燃烧机理

对单质炸药受低速撞击的力学和化学响应研究,是进行炸药敏感性评价的基础。利用配备了光学观测的落锤撞击装置,实现了频率为1.5×105 s-1的实时观测,不但可以区分样品的"爆"或"不爆",而且可以获取RDX和HMX颗粒炸药受落锤低速撞击变形、破碎、溅射、点火和燃烧随时间演化的特征。结果表明:RDX颗粒是在液相中点火,而HMX颗粒在固相中点火;燃烧反应前常常发生剧烈的溅射现象,溅射是由气相反应产物释放能量推动破碎的颗粒所致。对比了单个和单层颗粒炸药响应的特点,多个颗粒由于热点密集和破碎后相互作用,其燃烧反应比单个颗粒燃烧反应更剧烈。根据图像处理估算燃烧波传播速度,很好地表征了样品宏观燃烧反应的剧烈程度。

火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验机和自行设计的高温试验炉,进行了火灾作用下钢管混凝土梁抗冲击性能试验研究。考察了受火时间、冲击能量对常温和火灾下钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。试验测试了火灾下构件核心混凝土和钢管表面的温度、冲击力和挠度变形时程曲线以及残余挠度变形等数据。试验结果表明,火灾下钢管混凝土梁仍具有良好的抗冲击性能,构件的弯曲程度和塑性区长度随受火时间的延长而增大,随着冲击能量增大而减小;最大冲击力随受火时间的延长而减小,随冲击能量的增大而增大。研究结果可为钢管混凝土梁抗火灾倒塌性能评估和设计提供参考。

HMX颗粒炸药低速撞击点火实验研究

改造落锤撞击仪器,在落锤与撞击底座中增加光学系统和压力测试部件,利用高速摄像仪,拍摄了HMX颗粒炸药受撞击加载过程中微秒量级时间的变形-熔化-点火-燃烧过程图像。研究了下落高度、颗粒松散程度对变形和点火时间长短及燃烧剧烈程度的影响。结果表明,落锤下落高度越高,塑性扩展持续时间越短,易发生点火而不易发生喷射现象;较低的落锤下落高度易导致剧烈的喷射,而不易发生点火。颗粒排列越松散的样品,塑性扩展时间越短,更容易形成多个点火位置,从而使热点聚合导致燃烧的机会越大。

基于J-C本构模型的Comp.B炸药落锤冲击数值模拟

为研究Comp.B炸药在惯性冲击下的力学响应特性,基于Johnson-Cook本构模型,对点火前的Comp.B炸药大落锤(400 kg)冲击实验进行了数值模拟.在不同应力加载条件下模拟计算得到了用状态方程和不用状态方程的σ-t曲线,对比应力峰值、应力上升时间等主要力学参数,结果表明考虑了状态方程的数值模拟结果与实验吻合最好,可以很好地模拟炸药惯性冲击下的力学响应.

钢纤维轻骨料混凝土抗冲击性能试验研究与统计分析

对5组钢纤维体积掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的钢纤维轻骨料混凝土圆饼试件进行了自由落锤冲击试验.试验结果表明:钢纤维的掺入可以提高轻骨料混凝土的抗冲击性能,而且钢纤维的体积掺量越多,提高效果越明显.由于试验结果具有较大的离散性,借助数理统计的方法对试验结果进行分析,研究随着钢纤维掺量的改变,钢纤维轻骨料混凝土抗冲击性能的变化规律.采用对数正态分布和两参数的威布尔分布分别对5组钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能进行概率分布拟合,拟合结果表明,对数正态分布和两参数威布尔分布均能很好地描述不同掺量钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能.最后,采用两种分布拟合了钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能方程.

温度对粒状发射药动态力学性能的影响

为了解不同温度条件下粒状发射药动态力学性能的变化，用落锤撞击试验研究了粒状发射药在一60～50℃下的撞击损伤状态及应力曲线的变化。结果表明，在不同温度条件下粒状发射药的落锤撞击损伤状态和应力曲线的变化很大，温度低于-20℃时，发射药可能发生破碎，应力峰值高、作用时间短，温度高于0℃时，发射药发生塑性形变、峰值低、作用时间长。认为随着温度的逐渐升高，粒状发射药由脆性断裂逐渐改为塑性变形，药粒不易破碎，而低温下的冷脆断裂对发射药在极端低温下的应用不利。