鋁纖維炸藥爆轟機理及高過載下動態力學性能研究

《鋁纖維炸藥爆轟機理及高過載下動態力學性能研究》是依託中國科學技術大學，由馬宏昊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鋁纖維炸藥爆轟機理及高過載下動態力學性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬宏昊
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

含鋁炸藥是套用廣泛的具有較高輸出能量的炸藥。針對傳統含鋁炸藥感度高、力學強度低、不適於高過載環境下使用的缺點，課題組發明了鋁纖維炸藥。初步研究表明：鋁纖維炸藥具有輸出能量高、感度低、力學強度好的優點，在過載實驗中表現出優異的抗過載性能。本項目採用實驗研究、理論分析、數值計算方法深入研究決定鋁纖維炸藥輸出能量的主要因素，研究鋁纖維炸藥爆炸性能，探討鋁纖維炸藥的爆轟機理，深入研究其抗過載性能和提高其抗過載性能的方法，為其推廣和套用奠定基礎。本項目涉及炸藥學、凝聚相炸藥、化學反應動力學、爆炸力學、工藝方法、機械設計等多學科的交叉。

結題摘要

傳統含鋁粉炸藥中的鋁以粉末形式存在，雖然提高了炸藥的爆炸威力，但存在機械感度、抗過載能力、安全性問題，鋁粉顆粒易氧化也降低了輸出能量。針對以上問題，本項目研發了鋁纖維炸藥技術，針對RDX基主裝藥綜合研究了鋁纖維炸藥性能。已取得的研究成果包括：(1)鋁纖維能有效改善含鋁炸藥的成型性，增強力學性能並提高安全性，其纖維增強係數為8.19，其極限應力與殘餘強度隨鋁纖維含量增加而增加，研究得到了不同鋁纖維含量鋁纖維炸藥的彈性模量和本構關係；(2)空中爆炸和水下爆炸實驗表明，鋁纖維炸藥的壓力峰值、比衝擊波能、衝量、氣泡脈動周期時間與含鋁粉炸藥相當，爆速與比氣泡能略高於傳統含鋁炸藥，鋁纖維含量為20%時其比衝擊波能最大；(3)鋁纖維形態和含量是影響鋁纖維炸藥輸出能量的主要因素，低含量鋁纖維對鋁纖維炸藥的壓力峰值影響較小，高含量則影響較大，鋁纖維炸藥的爆速隨鋁纖維含量增加而減小；(4)SHPB試驗和爆炸載入實驗表明，鋁纖維炸藥極限強度對應變率不敏感，可用準靜態的應力應變曲線表征其在不同應變率下的應力應變曲線，常態分配函式能有效擬合不同鋁纖維含量的鋁纖維炸藥的應力—應變關係；(5)鋁纖維炸藥爆轟呈現典型的非理想爆轟特點，存在明顯的二次擊波效應，二次擊波超壓幅值和到達時間與傳統含鋁粉炸藥相近，但早於基體炸藥(RDX)；(6)為了測量爆炸近場壓力，依託本項目研究改進了PVDF界面測壓技術，得到了可靠、可信、可行的基於PVDF的固固界面、液固界面、氣固界面以及水下自由場的壓力測試技術和體系；(7)土中爆炸成腔實驗表明，鋁纖維炸藥具有較優異的作功能力。本項目成功將其套用於爆炸複合技術的研究中，製備了性能優異的複合材料，使鋁纖維炸藥具備民用推廣價值。綜上，本項目所研究的鋁纖維炸藥在保持傳統含鋁粉炸藥優異爆炸性能的基礎上，有效改善了含鋁粉炸藥的力學強度、抗過載能力、安全性，提高了其綜合性能，使含鋁炸藥具備適應更苛刻環境的能力。研究得到的有關鋁纖維炸藥的理論和試驗參數有助於拓展炸藥技術和深入開展非理想炸藥爆轟的研究。項目改進建立的用於炸藥抗衝擊實驗方法以及爆炸近場測量技術有助於完善爆炸力學實驗手段。研究得到鋁纖維炸藥在爆炸複合方面的套用有助於擴展含鋁炸藥的套用領域。項目負責人已完成基金申請書中的研究內容，本項目的研究成果對爆炸力學、炸藥理論、實驗技術、軍事或民用推廣都具有重要意義。