《高能單質炸藥力化學耦合機理的細微觀試驗和模型研究》是依託北京理工大學，由吳艷青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高能單質炸藥力化學耦合機理的細微觀試驗和模型研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：吳艷青
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探索高能炸藥安全性和爆炸威力之間的平衡，是當前含能材料領域極具有挑戰性的研究課題。基於細觀物理機制評價高能炸藥的敏感性既是安全使用的需要，更可準確反映出爆炸過程中各階段對應的反應等級。複合炸藥起爆敏感性不僅受其複雜細觀組成的影響，而且強烈地依賴於所填充單質炸藥的力學和化學耦合過程。單質炸藥是進行機理和基礎試驗研究的理想材料，其力化學耦合回響與細微觀尺度局部化現象密切相關。巨觀試驗均著眼於獲取整體的平均能量輸出回響，無法揭示炸藥受力狀態與反應分解路徑相互作用過程。本項目擬建動態載入和光學電子顯微測試於一體的試驗裝置，實現小尺寸單質炸藥點火-燃燒-爆炸的實時觀測，研究高精確度圖像與溫度壓力演化的關係，獲得單質炸藥細微觀尺度上的熱點生成和反應起爆信息，定量給出炸藥點火臨界條件及反應級別，為探究炸藥力化學耦合機理提供細觀尺度的試驗依據，促進含能材料起爆機理深入理解及其感度的準確定量預測。
結題摘要
探索高能炸藥安全性和爆炸威力之間的平衡，是當前含能材料領域極具挑戰性的研究課題。項目基於多種熱點機制對高能炸藥建立力-化學細觀模型，描述單質炸藥在較寬範圍的撞擊載入下變形破壞及起爆回響。針對單質炸藥分別從試驗和細觀計算兩方面進行研究，通過對含能單晶HMX/RDX的納米壓痕試驗，獲得其各向異性力學性能參數，標定了力學本構模型參數；利用原子力顯微鏡（AFM）觀測載荷-位移曲線出現的載入突進和卸載突退等單晶細微觀破壞特徵，確定了壓痕周圍產生徑向或側向裂紋的臨界載荷；對炸藥HMX和RDX單晶進行低速撞擊試驗，根據徑向擴展速率、火焰傳播速率、濺射速率對回響過程進行了定量化評價；研究了HMX和RDX單晶在未發生點火撞擊條件下的破碎表征和理論分析，並且統計了碎片尺寸的分布狀態，給出了不同落錘高度撞擊的碎片分布規律，基於破碎分析開展了含能單晶的撞擊點火機理，為發展感度預測理論模型提供了重要思路。通過設計輕氣炮平板撞擊試驗，研究了HMX和RDX各向異性的力學回響，分析得到單晶塑性本構參數，建立了含能單晶各向異性本構，用於模擬PBX動態損傷失效過程及細觀反應，對顆粒炸藥動態載入的試驗測試方法進行改進，解決單質顆粒炸藥小尺寸樣品取樣的問題；完成了落錘動態載入及光學測試平台的建立，設計並加工了一套可用於單晶力學性能的動態壓痕試驗裝置，對研究單質炸藥細微觀力學和化學回響機制的關聯性和評價含能材料敏感性及安全性具有重要意義。該項目為探究炸藥力化學耦合機理提供細觀尺度的試驗依據，對研究含能材料起爆機理，以及炸藥感度的準確定量預測具有一定的指導意義。
