图像法研究PBX在宽温域下的压缩性能

发布时间：2020-07-02 01:26

【摘要】：高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBX)是一种颗粒高度填充的复合材料,具有较好的力学性能和安全性,在兵器装备中得到了广泛应用。PBX在使用过程中会受到较大范围的各种环境温度变化,因此研究宽温域下PBX的力学性能有很强的实用意义。本文主要利用数字图像技术研究了不同温度下两种PBX的压缩力学性能,包括应力-应变曲线、本构模型、泊松比等,并通过扫描电镜图像分析了材料破坏模式。PBX的力学性能受炸药晶体和粘结剂的影响较大,本文以PBX-03和PBX-14两种材料为对象,通过实验方法研究了其在不同温度下的力学性能变化。实验温度范围为-40～20℃,具体分为三组实验,分别在110℃～200℃、50℃～170℃、-40℃～-10℃三个温度区间,高温实验采用小试样,低温实验采用标准试样。试验过程中通过数字图像方法获得样品表面的压缩过程的实时应变场,利用材料试验机和同步控制器获得相对应的应力。结果表明高温下两种PBX的力学性能总体上随温度上升而迅速降低,但PBX-03表现出反常现象,在155℃～170℃之间力学性质几乎一致,在185℃～200℃之间随温度上升力学性能明显增强。PBX-03的主体炸药为HMX,HMX在154℃下发生β→γ晶型转化时能保持力学性质恒定不变,在167-183℃发生β→ δ晶型转化时力学性质明显增强,高温下引起力学性质反常的主要为δ晶型。低温下两种PBX的力学性质受温度影响不如高温明显,随温度降低弹性模量和强度略有增加。两种PBX的泊松比随温度升高而增加,在高温条件下变化更明显。从电镜照片中可以看出PBX-14的层状晶体结构,在高温下发生晶体破坏和粘结剂软化拉丝,低温下大颗粒脱粘是压缩破坏的主要模式。两种PBX的应力应变关系可以利用高斯函数获得更高精度的拟合,物理意义可以由炸药晶体和粘结剂脱粘的概率密度函数近似获得。利用Johnson-Cook模型及其改进模型拟合应力应变曲线结果的相关性较差。此外本文通过MATLAB图像方法分析了一组PBX压缩过程原位检测的CT照片。本文分析了几种滤波手法和阈值分割方法,研究压缩后PBX样品内部的裂纹分布,获得了较好的结果。综上,本文主要通过数字图像技术、扫描电镜等方法研究了两种PBX在不同温度下的力学性能、破坏形式、本构关系和内部裂纹分布等情况,并发现PBX-03受HMX相变影响导致高温下力学性质发生反常变化。本文研究有助于分析温度和应力对PBX材料性能的影响规律,对PBX工程应用与性能改良等具有参考意义。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

温度试验箱

为了能够原位测量ＰＢＸ在不同温度下的力学性能，特别在材料试验机上设计了高逡逑温拉压加载装置，对ＡＧ－ＩＣ材料试验机进行改装，加装了含有透视窗的温度试验箱，在逡逑如图３．１所示的温度试验箱内进行加载。由于样品较小，升降温速度可设置为ｒＣ／ｍｉｎ，逡逑升温过程样品也在发生膨胀，达到预设温度时保持一段时间，当样品膨胀速度明显变慢逡逑时开始进行加载。逡逑ａ逡逑＼」小ｕｎ邋ｊｊ逡逑）ｒＳｊ邋ｌ［｜逡逑＊邋丨邋－邋－逡逑图３．１用于高温加载的温度试验箱逡逑３．１．２参数测试系统逡逑实验获得的载荷是由同步控制器接材料试验机，将载荷转化为电压所得，并依此计逡逑算出应力。逡逑应变则由散斑方法计算获得，采用美国ＣＳＩ公司的ｖｉｃ３Ｄ三维全场散斑测试系统（图逡逑３．２），由于散斑测试结果与软件、硬件都密切相关，随机噪声、镜头畸变和ＣＣＤ暗电逡逑流等是引入随机误差的主要因素；测量环境、亚像素插值方法、散斑尺寸和计算窗口是逡逑引入系统误差的主要因素。因此，对其位移和应变测试结果进行标定比对。逡逑１４逡逑

散斑,测试系统,小位移,移动平台

逦－０．０００２逡逑将有散斑点的纸贴在移动平台，采用ＣＳＩ散斑测试系统（图３．３）测试Ｘ轴和Ｙ轴逡逑位移，结果如下表所示。随着测试位移的增大，绝对误差在增大，在小位移下，位移精逡逑度能够优于ｌｕｍ。逡逑１５逡逑

【参考文献】