含損傷PBX宏細觀力學表征及非衝擊起爆機制研究

《含損傷PBX宏細觀力學表征及非衝擊起爆機制研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由林玉亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含損傷PBX宏細觀力學表征及非衝擊起爆機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林玉亮
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

炸藥的損傷及其對起爆的影響是炸藥爆轟性能研究和安全性研究的一個前沿性問題，也是一個難點問題。它與材料細觀、巨觀層面上的損傷情況以及外界刺激條件相關，研究方法需要將細觀力學、巨觀力學、損傷力學和爆炸力學等研究手段進行交叉融合。本課題旨在通過預製或實驗手段獲得含損傷的高聚物粘結炸藥（PBX）試樣，並通過顯微分析獲取其細觀形態。在細觀層面，利用離散元方法模擬含損傷PBX在外力作用下，材料的細觀結構變化，並獲取在巨觀上也可以進行表征的力學、熱學等參量的變化情況；在巨觀層面上設計摩擦、剪下等實驗，研究含損傷PBX的非衝擊起爆性能，對實驗過程中的力學參數和溫度進行測量，並與細觀模擬結果進行對比和驗證，獲取起爆判據；最終建議一套從細觀到巨觀研究炸藥起爆機制的研究方法，揭示含損傷PBX的非衝擊起爆機制。

結題摘要

高聚物粘結炸藥（PBX）是一類具有較高能量密度、優良機械性能和較高安全性能等的高能複合材料。然而，這些炸藥在使用過程中意外爆炸事件時有發生。這些意外事件一般是在低幅值長脈衝（0.01~1.0GPa，~102μs）等非強衝擊刺激下發生意外點火起爆，稱為炸藥的非衝擊點火。這種意外點火可能會造成嚴重的人員財產損失及戰場上彈藥戰鬥力的喪失。因此，非衝擊載入下炸藥安全性研究成為重要而又亟待解決的課題。 本項目從細觀和巨觀兩種不同尺度對PBX的細觀損傷機理、非衝擊起爆特性進行了研究，建立了系統的研究方法，獲得了對PBX非衝擊起爆機制的初步認識。 首先，對PBX炸藥的細觀損傷發展進行了研究。實驗方面，採用準靜態和動態巴西實驗對磨拋後的試樣進行載入，回收試樣觀細觀損傷發展情況。結果表明，PBX炸藥中裂紋是主要的損傷形式。靜態載入時，微觀裂紋主要為界面脫粘裂紋，巨觀裂紋主要為穿晶斷裂裂紋。動態載入時，觀察到的微裂紋和巨觀裂紋均為穿晶斷裂。數值模擬方面，採用離散元數值方法模擬PBX炸藥在巴西實驗過程中的裂紋擴展過程，模擬給出的應變場分布符合巴西實驗的理論分析結果。進一步建立了能反映PBX炸藥細觀結構的模型，並模擬了PBX炸藥圓盤試樣受巴西實驗載入後的回響情況。 其次，開展了PBX炸藥非衝擊點火機制研究。實驗方面，開展了SHPB砧骨壓縮實驗、基於微型SHPB實驗平台的剪沖實驗兩種非衝擊點火實驗，獲得了炸藥發生點火的臨界載入條件。理論方面，詳細分析了孔洞塌縮和裂紋摩擦兩種細觀熱點機制下熱點形成過程及重要參數的影響規律。進一步將本構模型連同兩種熱點機制一起通過二次開發功能嵌入LS-DYNA軟體中，形成了既體現炸藥巨觀力學性能又考慮細觀熱點機制的自定義模型程式，並通過模擬非衝擊點火實驗驗證了模型的有效性。 最終建立了一套細觀物理機制清晰、能有效預測巨觀載入下PBX炸藥安全性回響的宏細觀結合的數值模擬方法。