PBX細觀力學行為的實驗研究和數值模擬

《PBX細觀力學行為的實驗研究和數值模擬》是依託北京理工大學，由段卓平擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：PBX細觀力學行為的實驗研究和數值模擬
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：段卓平
• 項目類別：聯合基金項目

項目摘要

本項目主要通過實驗和數值模擬對高聚物粘結炸藥（PBX）的細觀力學行為進行研究。對炸藥晶體和粘結劑的界面力學性能進行測量，獲取界面力學參數。用配備有載入裝置的掃描電鏡對PBX在準靜態拉伸和壓縮等條件下細觀損傷破壞過程進行原位觀察，並藉助數字散斑相關方法（DSCM）對細觀變形場進行分析，採用高解析度顯微CT對不同載入條件下PBX的三維細觀損傷破裂狀態進行分析，通過這些研究獲取PBX細觀變形、損傷和破壞機理。對炸藥晶體、粘結劑及其界面的本構關係進行研究，建立反映PBX炸藥實際結構特徵的細觀有限元模型，對PBX細觀變形破壞過程進行數值模擬，對PBX的有效粘彈性性質進行計算，並與實驗結果進行比較，驗證理論模型和計算方法。本項目的研究成果對於PBX炸藥的設計、最佳化以及性能評價具有重要的參考價值。

結題摘要

本項目主要通過實驗和數值模擬對高聚物粘結炸藥（PBX）的細觀力學行為進行了研究。利用材料試驗機對炸藥晶體和三種粘結劑的界面力學性能進行了測量，得到了界面脫粘力和脫粘應力等力學參數。進行了巴西實驗、含預製裂紋的半圓盤彎曲實驗和塊體壓縮實驗，用配備有載入裝置的掃描電鏡對PBX在準靜態拉伸和壓縮等條件下細觀損傷破壞過程進行原位觀察，並藉助數字圖像相關方法（DIC）獲得了細觀位移場和應變場，分析了不同應力作用下PBX的細觀損傷和破壞機理，定性研究了微裂紋的擴展路徑。建立了顯微高速DIC-SHPB測量系統，對動態載荷下PBX細觀變形損傷進行了測量，得到了裂紋尖端拉伸應變場。結合斷面形貌分析獲得準靜態和動態條件下PBX炸藥的細觀破壞形式和機理，結果表明模壓冷壓PBX主要發生界面脫粘，模壓熱壓和熱等靜壓PBX主要發生顆粒穿晶斷裂。設計了能夠用於顯微CT的載入裝置，對PBX準靜態壓縮實驗進行CT觀測，獲取了損傷演化、裂紋形成過程。對炸藥晶體的彈塑性本構、粘結劑的粘彈性本構及其界面的三階段脫粘本構關係進行了研究，採用代表體積元法，建立了圓顆粒隨機分布、六邊形顆粒規則分布和真實結構的細觀有限元模型，對PBX炸藥彈性模量、粘彈性力學行為實現了有效預測，計算分析得到炸藥顆粒形狀、分布方式和級配對PBX有效彈性模量的影響規律，研究了應變率對PBX有效粘彈性性質的影響。採用雙線性內聚力模型和節點分離方法對PBX準靜態和動態條件下的細觀變形、損傷和破壞進行了模擬，得到了破壞過程、應力應變分布和應力-應變曲線，計算結果與實驗結果吻合較好。本項目的研究成果對於PBX炸藥的設計、最佳化以及性能評價具有重要的參考價值。