《非均質含能材料損傷及起爆耦合機理研究》是依託北京理工大學，由黃風雷擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：非均質含能材料損傷及起爆耦合機理研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：黃風雷
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以非均質含能材料為研究對象，從損傷角度研究含能材料損傷及起爆這一複雜的耦合問題：一、進行含能單晶體損傷破壞過程的實驗研究，對含能複合材料的損傷進行多尺度觀測及表征，獲取含能晶體及含能複合材料的主要損傷模式，研究其破壞機理；二、通過預製損傷並對損傷含能材料衝擊起爆過程進行實驗觀測，定量評價損傷對含能材料衝擊起爆的影響；三、開展含能材料損傷的細觀和微觀數值模擬，研究含能材料損傷缺陷的萌生、擴展以及對衝擊感度影響的細觀和微觀機理；四、分析損傷與起爆的耦合特徵及機理，選取與起爆過程相關聯的特徵物理量，建立損傷與起爆耦合的數學模型，結合具體問題，對含能材料的損傷破壞及起爆過程進行模擬計算，對裝藥安全性進行定量評價。本項目的研究成果有助於加深對含能材料損傷及起爆耦合過程的細觀和微觀認識，對指導含能材料配方和結構設計、評價含能材料裝藥可靠性和使用安全性以及壽命預測等都具有非常重要的意義。
結題摘要
針對非均質炸藥損傷與反應起爆的耦合機理，項目從含能單晶、顆粒炸藥、PBX炸藥三個層面開展了系統的研究工作，取得豐碩的成果，並在工程實際中得到初步套用。 含能單晶方面：①成功製備出高品質RDX和HMX大尺寸單晶，利用納米壓痕試驗，測定了HMX和RDX多個晶面的彈性模量、硬度及斷裂韌性，揭示了塑性和脆性裂紋損傷的各向異性特徵；②通過顆粒集合壓縮剛度試驗評定晶體品質，指出高品質晶體顆粒具有高初始割線模量和高振盪幅值；③對RDX單晶進行衝擊載入，採用全光纖雷射干涉高速測速儀，得到了不同壓力作用下RDX單晶的界面粒子速度，解決了含能單晶衝擊起爆測試的技術難題；④建立了含能單晶動高壓各向異性的熱力學本構，解決了狀態方程引入單斜晶系晶體塑性的難點問題，模擬了含能晶體力-熱耦合效應及各向異性波結構。⑤採用ReaxFF反應力場的分子動力學模擬，得到了空位缺陷對含能單晶分解反應影響規律，進而得到了HMX單晶熱波激發化學反應的機理。 在顆粒炸藥方面：①建立了顆粒炸藥低速撞擊回響的光學測試系統，首次定量描述了炸藥顆粒變形-破碎-熔化-點火-爆燃時間上先後關聯的細觀過程，研究了多個熱點間的相互作用關係，提出撞擊感度定量評價的新依據；②建立包含多種熱點機制的點火-燃燒顆粒炸藥撞擊模型，獲得熱點溫度及燃燒劇烈程度受材料性質、表麵條件、儀器系統剛性及輸入能量的影響規律，獲得點火發生及形成大範圍劇烈燃燒的臨界條件。③採用定時壓制結合CT掃描觀測技術，獲得壓制過程顆粒流動、重排、破碎、裂紋形核與擴展的細觀圖像，實現了炸藥顆粒損傷破壞的定量表征。 在PBX炸藥方面：①發展了光學顯微觀測、超音波檢測及精細密度測定方法，進行了PBX炸藥熱損傷表征，研究了熱損傷對PBX炸藥衝擊起爆的影響規律。②提出了PBX炸藥反應區本構方程的整體標定方法，得到係數具有明確物理意義的反應速率方程；③建立了包含粘彈性損傷界面及顆粒準脆性損傷的細觀本構模型，研究得到了組份性質及細觀結構對PBX炸藥力學及起爆行為的影響規律。④進行了熱-衝擊複合載入PBX炸藥熱點形成及起爆的細觀數值模擬，得到細觀結構非均勻性造成的局部化特徵對衝擊起爆的影響規律。
