《外載荷作用下高聚物粘結炸藥的損傷分析與建模研究》是依託北京大學，由白樹林擔任負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：外載荷作用下高聚物粘結炸藥的損傷分析與建模研究
- 項目負責人：白樹林
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過力學性能實驗、微缺陷觀測、數值模擬與理論建模相結合的方法，開展外載荷作用下高聚物粘結炸藥損傷的分析與研究。首先分別採用循環拉伸和壓縮、階次衝擊的實驗方法，獲得高聚物粘結炸藥在不同載入速率作用下的力學行為及相應的力學性能；然後採用高能X射線技術、三維原位CT成像技術和超聲顯微技術測定材料內部微裂紋和微孔洞的尺寸、數量和分布，完成圖像的三維重構和相應的微缺陷統計分析，獲得單位體積微缺陷密度與彈性模量的對應關係；進而建立以界面裂紋開裂和擴展為主要損傷機制的細觀力學理論模型，重點研究基體材料的粘性對於損傷的產生和演化的效應；進一步利用有限元方法進行微缺陷演化過程的數值模擬。最後，將實驗、觀測、理論和數值模擬結果相結合，建立高聚物粘結炸藥損傷表征和預測的一套理論和實驗方法，為高聚物粘結炸藥的安全性評價提供可靠的理論和實驗依據。
結題摘要
利用白糖作為含能顆粒替代材料和SWJ-9301粘結劑，製備了高聚物粘結炸藥(PBXs)替代材料試樣。首先完成了材料的微觀結構諸如顆粒尺寸、缺陷大小與分布的實驗測量，然後完成了一系列力學實驗以及數值模擬工作。力學實驗包括準靜態的一維單調壓縮實驗、循環壓縮實驗、結合數字散斑的巴西實驗、蠕變實驗、結合超高速攝影的SHPB壓桿實驗，以及動態熱機械分析實驗（Dynamic Mechanical Analysis-DMA）。利用光學和電子顯微鏡、X射線斷層掃描對於材料的破壞機理進行了詳細的分析。 在準靜態一維壓縮實驗中出現了違反常規的壓脹現象。經研究發現，體積應變的增加來自於兩個方面，一是由於夾雜顆粒的破碎所導致的體積增加。一是以夾雜與基體的界面脫粘所導致的自由體積增加。從理論和數值仿真兩個方面揭示了由於考慮內聚力，界面強度關於顆粒特徵尺度R的奇異性已經不再是（-1/2），而是（-3/2），說明內聚力的存在使得界面脫粘更加困難。隨著循環應變的增加，材料的彈性模量不斷降低，損傷率不斷增加。微觀上在壓縮過程中出現孔隙的閉合和裂紋的產生及演化，表現出顆粒尺寸和空隙率的逐漸降低。利用SHPB壓桿並結合超高速攝影技術，發現了試樣在壓縮過程中表面出現拉裂現象。根據彈性力學理論，指出試樣在動態衝擊作用下表面拉伸破壞是由於材料的非均勻性所產生的拉應力所致。利用一級氣體炮對PBXs代替材料進行高速氣泡平板衝擊實驗研究,發現了應力波衰減現象。利用巴西實驗獲得拉伸應力-應變曲線，並發現沿載入方向的巨觀裂紋為材料損傷與破壞的主要機制。動態熱機械分析實驗給出材料在溫度範圍、以及頻率內的儲存模量和損耗角，代表材料的粘彈性性能。室溫下的從彈性範圍至塑性範圍的壓縮蠕變實驗表明，蠕變行為強烈依賴於施加的應力大小，獲得的蠕變指數n和蠕變係數A表明材料具有比較弱的抗蠕變性能。此外，通過粒度分析，獲得粒度和孔隙率隨蠕變載荷的變化規律。
