TATB基PBX炸药的准静态本构模型与强度准则

发布时间：2020-06-19 05:35

【摘要】：高聚物粘结炸药(PBX)由于相对优越的爆轰性能和安全性能,在武器弹药领域中应用广泛,其构件作为毁伤武器的关键部件,不仅需要提供能量,还需作为结构件承受装配、储运过程中的力学载荷。工程中炸药构件的意外破坏偶有发生,影响着武器系统的使用安全性和毁伤功能实现,研究PBX炸药的变形与破坏规律意义重大。本文针对炸药构件装配和储运环境下(准静态平衡力)的变形破坏问题,以一种TATB基PBX炸药为研究对象,基于各向同性连续介质力学研究了准静态(10-7 s-1～10s-1)下的本构模型和强度准则问题。PBX炸药准静态下的变形在工程上可视为非线性弹性变形和长时蠕变变形两个部分,研究中采用非线性弹性本构模型和蠕变本构模型叠加组合的方式建立了 TATB基PBX炸药的准静态本构模型,并实现了在数值模拟中的应用。非线性弹性本构模型的研究在试验测试和本构特性分析的基础上,解决了拉压一起考虑时本构曲线的非线性问题,基于Boltzmann函数建立了拉压四/双参数本构模型;研究表明双参数模型已能很好地满足工程需要,模型参数少且无须拟合,工程实用性强;四参数模型可描述PBX-9502、LX-17、PBX-9501及EDC-37等典型PBX炸药,聚砜树脂、碳纤维环氧树脂、铸铁及铜基合金等非炸药材料的本构行为,普适性较强;基于ANSYS软件的UPFs功能实现了双参数Boltzmann本构模型进行了嵌入开发,结合巴西圆盘和缺口圆柱试验,验证了双参数本构模型应用于复杂应力状态时的适应性。蠕变本构模型在元件模型的局限性分析基础上,基于修正时间硬化理论建立了 PBX炸药的蠕变本构数学模型;依据试验数据确定了拉伸/压缩蠕变的模型参数及适用范围,并在有限元软件中完成了数值实现;同时根据不同温度下直接破坏、蠕变破坏以及蠕变后破坏的破坏应力/应变的定量分析结果,获得了单轴应力下“当一点总应变达到临界值时即可视为破坏,而不论是载荷直接引起的应变还是时温诱发蠕变引起的应变”这一重要结论,这对于建立考虑粘弹性影响的炸药多参数强度准则数学模型具有重要意义。强度准则的研究根据是否考虑材料粘弹性分为两个部分,前者针对PBX炸药还未建立综合考虑静水压力及三向主应力影响强度准则的问题,在总结强度理论发展简史和炸药强度研究进展的基础上,基于端部约束压溃/拉溃试验考核分析了炸药材料的中间主应力效应和静水压力效应,基于双剪统一强度理论建立了 TATB基PBX炸药的应力强度准则数学模型,达到了岩石类材料的强度认知水平。另外由于粘弹性的影响,PBX炸药的强度在试验过程中体现出了与时温相关的特性,而目前强度理论对此尚未进行过系统论述,考虑粘弹性的强度准则模型研究工作提出了把材料粘弹性体现到主应变的变化上,视三向主应变为变量(随蠕变变化)建立粘弹性强度准则的思路,获得了粘弹性应变五参数强度准则模型。同时,研究中通过炸药模拟材料的常规三轴/真三轴破坏试验,探索了炸药材料不同围压下的强度边界,掌握了炸药围压加载测试中的关键技术,最终研制了 PBX炸药主动围压试验装置,实现了 0～30MPa的围压加载和20℃～60℃的温度加载,开展了不同温度和围压下PBX炸药的复杂应力强度试验,接着在适应性分析的基础上,建立了 TATB基PBX及模拟材料的分段应力五参数强度准则,并根据描述精度的物理意义及空间几何意义,建立了实际极轴与理论极轴比表征描述精度的方法,评估了准则的描述精度,得到了 π平面上的包络线和应力空间中的包络面。需要指出,本研究还存在诸如本构模型不能描述强度失效后的力学行为,模型参数适用范围还有待拓宽,以及广义拉伸应力状态下强度准则的描述精度尚不能评估等问题。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

Ｗ丨．？论文逦ＴＡＴＢ丛ＰＢＸ炸药的准静态木构模哨与强度准则逡逑的力学性能研究成果，２０１０年ＬＬＮＬ和２０１４年ＬＡＮＬ分别报道了邋ＬＸ－１７和ＰＢＸ－９５０２逡逑炸药的长时蠕变试验数据（图１．５）。逡逑２８１逦邋逦逦逦逡逑

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【参考文献】

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1 成丽蓉;施惠基;;PBX炸药含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系[J];含能材料;2015年10期

2 唐维;颜熹琳;李明;温茂萍;刘彤;章定国;;TATB基PBX的单轴主特征破坏参数识别研究[J];含能材料;2015年08期

3 兰琼;唐维;贺建华;雍炼;韩超;杨宝刚;;某HMX基PBX温压时效处理过程变形规律数值模拟[J];含能材料;2015年06期

4 王鹏飞;黄西成;何颖波;郭虎;;基于线性Drucker-Prager模型的PBX准静态弹塑性变形分析[J];含能材料;2015年05期

5 屈可朋;沈飞;肖玮;王世英;;一种RDX基PBX炸药力学性能和本构关系研究[J];爆破器材;2015年03期

6 张延耿;楼建锋;洪滔;;PBX炸药粘弹性统计微裂纹本构模型的改进[J];高压物理学报;2015年01期

7 高军;黄再兴;;PBX炸药粘弹性损伤本构模型参数敏感度分析[J];工程力学;2015年02期

8 林聪妹;刘佳辉;刘世俊;涂小珍;黄忠;李玉斌;张建虎;;F2311含量对TATB基PBX蠕变性能的影响[J];含能材料;2014年06期

9 李丹;赵锋;傅华;李克武;;PBX炸药率型损伤本构关系的实验研究[J];高压物理学报;2013年04期

10 林聪妹;刘世俊;涂小珍;黄忠;李玉斌;潘丽萍;张建虎;;TATB基PBX及其改性配方的蠕变性能[J];含能材料;2013年04期

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1 涂小珍;张波;王文龙;沈明;;TATB基PBX在机械应力加载下经高温老化后的性能研究[A];2014’（第六届）含能材料与钝感弹药技术学术研讨会论文集[C];2014年

2 吴艳青;黄风雷;;PBX塑料粘结炸药的界面损伤模型[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年

3 傅华;谭多望;李俊玲;赵玉刚;;PBX炸药动态力学性能的初步研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前3条

1 李俊玲;PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究[D];国防科学技术大学;2012年

2 陈荣;一种PBX炸药试样在复杂应力动态加载下的力学性能实验研究[D];国防科学技术大学;2010年

3 罗景润;PBX的损伤、断裂及本构关系研究[D];中国工程物理研究院;2001年

相关硕士学位论文 前6条

1 唐明峰;浇注PBX的力学行为与本构模型研究[D];中国工程物理研究院;2014年

2 赵四海;用粘弹性统计裂纹模型模拟高能炸药的力学响应和非冲击点火[D];国防科学技术大学;2011年

3 曹雷;含能材料损伤本构模型的数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年

4 敬仕明;PBX有效力学性能及本构关系研究[D];中国工程物理研究院;2009年

5 李克武;塑性粘结炸药JOB-9003动态特性与本构关系实验研究[D];中国工程物理研究院;2008年

6 吴会民;几种含能材料本构关系研究[D];国防科学技术大学;2003年

本文编号：2720377