SHPB实验加载方式对PBX炸药力学响应的影响研究

高聚物粘结剂炸药(PBX)炸药的损伤本构关系是炸药安全性研究的重要基础课题之一。研究PBX炸药的损伤本构关系需要建立在准确获取和认识PBX炸药的动态力学响应基础之上。为此,针对某PBX炸药的SHPB实验,详细探讨加载方式的细节设计对PBX炸药力学响应的影响。通过采用不同应变加速度、不同加载脉宽以及重复加载等方法,分析了不同加载条件对PBX炸药力学响应的影响,并获得了一系列不同加载脉宽、不同加载应变率的应力应变曲线。采用扫描电镜观察回收试样最终损伤形态,分析了PBX炸药动态单轴压缩下的损伤发展过程及其在应力应变关系上的表现。结果表明:应变加速度过大仍会对PBX炸药形成一定的冲击加载,造成额外损伤;经历动态单轴压缩后破坏的试样表现为晶体多次穿晶断裂甚至碎裂;典型PBX炸药的损伤本构关系可从微裂纹的产生、稳定扩展,穿越晶界失稳扩展来描述。

不同温度下ε-CL-20晶体感度和力学性能的分子动力学模拟计算

用分子动力学(MD)模拟计算研究了在NPT系综和不同温度(195、245、295、345、395K)下高能量密度化合物ε-CL-20的(2×3×3)超晶胞及其沿(001)晶面的模型切割。结果表明,室温下所得晶胞参数与实验值一致。随着温度的升高,引发键(N-NO2)最大键长(Lmax)递增、引发键连双原子作用能(EN-N)和内聚能密度递减,与体系热和撞击感度随温度升高而增大的实验事实相一致,表明Lmax、EN-N和内聚能密度可作含能化合物热感度和撞击感度相对大小的理论判据。获得了5个温度下ε-CL-20的力学性能,从理论上揭示了其力学性能随温度的升高而递变的规律。

CL-20/DNB共晶基PBXs相容性、界面作用和力学性能的MD模拟

为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)共晶炸药的实际使用价值,改善其安全性和力学性能,沿其(0 0 1)晶面分别添加了端羟基聚丁二烯(HTPB)和聚乙二醇(PEG)高聚物粘结剂,构建了两种CL-20/DNB共晶基高聚物粘结炸药(PBX)——CL-20/DNB/HTPB和CL-20/DNB/PEG的模型。在COMPASS力场下,对该共晶炸药及其两种PBX模型进行了295 K-NPT分子动力学(MD)模拟研究。结果表明,CL-20/DNB/PEG的结合能大于CL-20/DNB/HTPB的,预示前者的稳定性和相容性优于后者。以对相关函数g(r)揭示了粘结剂与基炸药之间界面的相互作用。与CL-20/DNB共晶炸药相比,少量粘结剂(HTPB或PEG)的加入,使弹性系数(Cij)、拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)减小,而柯西压(C12-C44)和K/G值增大,表明PBX体系刚性减小,延展性增强。CL-20/DNB/HTPB的(C12-C44)和K/G值均大于CL-20/DNB/PEG的,表明前者的延展性好于后者,预示粘结剂HTPB比PEG在改变共晶炸药力学性能进而致钝的效果较好。

ε-CL-20不同晶面与PVA、PEG复合物的MD模拟

为探讨和比较在ε-CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)(001)、(110)和(020)晶面上的ε-CL-20/PVA(聚乙烯醇)与ε-CL-20/PEG(聚乙二醇)复合物的稳定性和力学性能,在COMPASS力场下,对ε-CL-20/PVA与ε-CL-20/PEG进行了常温常压分子动力学(MD)模拟研究。求得其内聚能密度(CED),结合能(E_(bind))和弹性参数(拉伸模量E、剪切模量G、体积模量K、泊松比ν和柯西压C_(12)-C_(44))。结果表明,在相同晶面上,ε-CL-20/PEG的CED比ε-CL-20/PVA的大,表明前者稳定性优于后者。对于同一复合物,其CED排序为(020)>(001)>(110)。在相同晶面上,PEG与晶面的E_(bind)比PVA的大。对同一复合物,其E_(bind)大小次序为(001)>(110)>(020)。依据泊松比和K/G值,ε-CL-20/PEG的弹性和延展性均优于ε-CL-20/PVA。

CL-20/HMX共晶及其为基PBX界面作用和力学性能的MD模拟研究

为提高共晶炸药的实际使用价值,改善其安全性和力学性能,以CL-20/HMX共晶炸药为基,分别添加2种高聚物粘结剂Estane 5703(聚氨基甲酸乙酯)和HTPB(端羟基聚丁二烯),共构建两种共晶基高聚物粘结炸药(PBX)模型,进行细致的295 K NPT分子动力学(MD)模拟研究.通过两种PBX模型及其与该共晶炸药的MD模拟结果比较表明,与基炸药之间的结合能Estane 5703大于HTPB,预示含少量Estane 5703的PBX稳定性和相容性更佳;对相关函数g(r)揭示粘结剂与基炸药界面相互作用的方式,以基炸药中H分别与Estane 5703中羰基O和HTPB中端羟基O之间的氢键较强.与CL-20/HMX共晶炸药相比,少量粘结剂Estane 5703或HTPB的加入,使弹性系数Cij下降,拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)均显著减小,而泊松比(ν),柯西压(C12-C44)和K/G值明显增大,表明PBXs体系刚性减小,延展性增强,力学性能大为改善.少量粘结剂包覆使PBXs致钝,主要归因于其隔热、吸热并使体系变"软"的缓冲作用,而界面作用造成的分子结构引发键键长变化变为次要因素.

RDX基PBX的模型、结构、能量及其与感度关系的分子动力学研究

以RDX(环三亚甲基三硝胺)为基、PS(聚苯乙烯)为粘结剂构成PBX(高聚物粘结炸药)的MD(分子动力学)模拟初始模型.比较分别以1根46链节和2根23链节PS置于RDX(001)晶面上的两种(PBX1和PBX2)模型下的MD模拟结果,发现二者的结构、相互作用能和力学性能均很接近.取PBX2进行5种温度(195,245,295,345和395 K)下的NPT系综、MD模拟系统研究,发现随温度依次升高,各体系中RDX引发键N NO2键的最大键长(Lmax)递增,N–N键连的N与N之间的双原子作用能(EN-N)和内聚能密度(CED)递减,与感度随温度升高而增大的实验事实相一致.综合已有工作,对高能复合材料(如PBX和固体推进剂等)的感度理论研究,建议关注其中易爆燃组分在外界刺激下的结构和能量变化,其引发键Lmax和作为引发键强度度量的双原子作用能(如EN-N),可作为热和撞击感度相对大小的理论判据.

陨石状态方程形式的选择与参量的确定——以吉林球粒陨石和南丹铁陨石为例

在二级轻气炮动高压装置上用电探针技术测量了吉林球粒陨石(H5)和南丹铁陨石(ⅢCD)的冲击压缩线,然后分别选择几种可能适用于普通球粒陨石和铁陨石状态方程的数学表达式,并确定了状态方程中的有关参量值.从状态方程的P(V)关系曲线与实验数据的比较来看,吉林球粒陨石最适合采用普适状态方程形式,而南丹铁陨石则最适合采用三项式状态方程形式.吉林球粒陨石的普适状态方程参量K_(OS)=48.10GPa,K’_(OS)=4.13.南丹铁陨石的三项式状态方程参量Q=41.2353lGPa,q=12.27179,这是吉林球粒陨石和南丹铁陨石状态方程的首次报道.