侵彻过程中PBX装药的损伤与点火机制研究
发布时间：2021-10-05 04:13
钻地弹是有效打击地下目标的专用武器,它侵彻至掩体指定深度后引爆主装药以杀伤目标。钻地弹主装药通常为高聚物粘结炸药（Polymer Bonded Explosive,PBX）,它由含能颗粒、粘结剂、钝感剂等复合而成。在制备与加工过程中,PBX内将产生大量质量密度间断面和微缺陷。侵彻过程中,PBX将承受高过载,PBX内的质量密度间断面和微缺陷将引起材料损伤,损伤区域在力、热、化学场耦合作用下会产生局部高温,极易发生点火甚至爆轰,使钻地弹发生早炸,导致打击任务失败。PBX装药的侵彻安定性与撞击载荷下PBX的力、热、化学性质密切相关,本文针对一种新的浇注型PBX1314的动态损伤演化、点火与反应动力学特性及其作为钻地弹装药的侵彻安定性开展研究,主要包括以下几个方面:（1）基于动态力学性能实验中PBX1314的宏观应力应变响应和细观损伤形貌,研究了不同应力状态下细观微裂纹演化与PBX1314宏观力学响应之间的内在联系,建立了PBX1314动态损伤点火模型,预报了多种应力状态下PBX1314的动态力学响应,研究了不同生热机制引起的宏观平均温升与局部非均匀温升,分析了PBX1314微裂纹附近由热量沉...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拉格朗日实验原理示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-18-与计算，建立了PBX1314爆轰产物状态方程，确定了状态方程参数。基于该状态方程，对圆筒爆轰实验中爆轰波在PBX1314中的传播与圆筒的膨胀变形进行了数值模拟，验证了状态方程及其参数的正确性。图1-3论文研究框架Figure1-3Researchframeworkofthispaper第四章通过拉格朗日实验方法研究了PBX1314的反应动力学特性，实测了一维冲击起爆过程中PBX1314内冲击波转变为爆轰波的压力增长历史。基于对冲击波传播路径上反应流场的分析，建立了PBX1314的反应动力学模型，确定了模型参数。通过设计的PBX1314起爆与能量释放特性实验，对PBX1314的反应动力学模型及其参数进行了验证，提出了一套用于定量研究新型含能材料反应动力学特性的系统性方法。第五章建立了含PBX1314装药的钻地弹侵彻混凝土靶有限元模型，利用数值模拟方法研究了高过载环境下PBX1314装药的动态损伤、点火与反应进程，并利用侵彻实验对数值模拟结果进行了检验。根据PBX1314装药的损伤分布、点火位置以及点火区域的最终反应度，研究了微裂纹摩擦在PBX1314动态损伤与点火中
晃榷ǖ奈?裂纹处于闭合-剪切状态。加载初期，材料应力水平较低，由式(2-12)、(2-13)和(2-14)可知微裂纹处于未扩展的稳定状态，此时材料主要表现为粘弹性特性。这与图2-1(b)中损伤变量在加载初期始终处于较低水平相一致。随着加载的持续进行，应力水平不断升高，主微裂纹的能量释放率超过阈值gtr，微裂纹的扩展速率迅速升高至最大值，微裂纹的迅速扩展使式(2-28)中的应力率迅速由正值转变为负值，材料的应力达到峰值后迅速下降，表现为应力软化，PBX1314很快失去了偏应力空间的承载能力，材料迅速达到完全损伤的状态。图2-1PBX1314与PBX9501在单轴压缩载荷作用下的动态力学响应。(a)应力-应变曲线，(b)损伤-应变曲线Figure2-1DynamicmechanicalresponsesofPBX1314andPBX9501underuniaxialcompressions.(a)Stress-straincurves,(b)damage-straincurves下面对比PBX1314与PBX9501在动态单轴压缩载荷下力学性能的差异。由图2-1可知，在相同应变率下PBX1314的应力-应变曲线斜率、应力峰值相对较小，应力峰值约为PBX9501应力峰值的1/3，而应力峰值对应的应变较大，约为PBX9501的7倍。这与PBX1314中的粘结剂含量较高密切相关。一方面，粘结剂具有较强的粘弹性特性，且模量远低于含能颗粒，作为一种复合材料，粘结剂组份的提高，必然引起材料总体模量的降低。另一方面，粘结剂含量的提高，使含能颗粒在材料中的分布相对稀疏，在压缩载荷作用下，粘结剂为含能颗粒提供了
【参考文献】：
期刊论文
[1]钻地弹动能侵彻战斗部技术研究综述[J]. 马田,李鹏飞,周涛,宋浦. 飞航导弹. 2018(04)
[2]普通混凝土HJC本构模型参数确定[J]. 任根茂,吴昊,方秦,周建伟,龚自明. 振动与冲击. 2016(18)
[3]PBX炸药含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹本构模型初步研究[J]. 张延耿,楼建锋,周婷婷,洪滔,张树道. 高压物理学报. 2016(04)
[4]非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟[J]. 傅华,李克武,李涛,刘仓理,彭金华. 爆炸与冲击. 2016(01)
[5]复杂受力环境下非均质炸药孔洞塌缩热点生成机理[J]. 成丽蓉,施惠基,贺元吉,赵升. 含能材料. 2016(02)
[6]基于Visco-SCRAM模型的侵彻装药点火研究[J]. 孙宝平,段卓平,万经伦,刘彦,欧卓成,黄风雷. 爆炸与冲击. 2015(05)
[7]国外钻地武器发展回顾及展望[J]. 党爱国,李晓军. 飞航导弹. 2014(06)
[8]战斗部装药冲击损伤及热点形成的数值分析[J]. 成丽蓉,施惠基,陈荣. 高压物理学报. 2013(04)
[9]国外浇注PBX炸药在硬目标侵彻武器中的应用[J]. 李媛媛,南海. 飞航导弹. 2012(11)
[10]基于微裂纹统计模型的PBX力学行为[J]. 郭虎,罗景润. 火炸药学报. 2012(05)
博士论文
[1]PBX炸药的动态力学性能及冲击损伤行为研究[D]. 肖有才.哈尔滨工业大学 2016
[2]局部撞击作用下PBX炸药响应与点火研究[D]. 傅华.南京理工大学 2016
[3]PBX炸药动态力学行为及起爆特性研究[D]. 蔡宣明.哈尔滨工业大学 2015
[4]PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究[D]. 李俊玲.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]低幅值冲击条件下带壳炸药反应烈度的研究[D]. 李涛.中国工程物理研究院北京研究生部 2003
本文编号：3418977
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拉格朗日实验原理示意图
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-18-与计算，建立了PBX1314爆轰产物状态方程，确定了状态方程参数。基于该状态方程，对圆筒爆轰实验中爆轰波在PBX1314中的传播与圆筒的膨胀变形进行了数值模拟，验证了状态方程及其参数的正确性。图1-3论文研究框架Figure1-3Researchframeworkofthispaper第四章通过拉格朗日实验方法研究了PBX1314的反应动力学特性，实测了一维冲击起爆过程中PBX1314内冲击波转变为爆轰波的压力增长历史。基于对冲击波传播路径上反应流场的分析，建立了PBX1314的反应动力学模型，确定了模型参数。通过设计的PBX1314起爆与能量释放特性实验，对PBX1314的反应动力学模型及其参数进行了验证，提出了一套用于定量研究新型含能材料反应动力学特性的系统性方法。第五章建立了含PBX1314装药的钻地弹侵彻混凝土靶有限元模型，利用数值模拟方法研究了高过载环境下PBX1314装药的动态损伤、点火与反应进程，并利用侵彻实验对数值模拟结果进行了检验。根据PBX1314装药的损伤分布、点火位置以及点火区域的最终反应度，研究了微裂纹摩擦在PBX1314动态损伤与点火中
晃榷ǖ奈?裂纹处于闭合-剪切状态。加载初期，材料应力水平较低，由式(2-12)、(2-13)和(2-14)可知微裂纹处于未扩展的稳定状态，此时材料主要表现为粘弹性特性。这与图2-1(b)中损伤变量在加载初期始终处于较低水平相一致。随着加载的持续进行，应力水平不断升高，主微裂纹的能量释放率超过阈值gtr，微裂纹的扩展速率迅速升高至最大值，微裂纹的迅速扩展使式(2-28)中的应力率迅速由正值转变为负值，材料的应力达到峰值后迅速下降，表现为应力软化，PBX1314很快失去了偏应力空间的承载能力，材料迅速达到完全损伤的状态。图2-1PBX1314与PBX9501在单轴压缩载荷作用下的动态力学响应。(a)应力-应变曲线，(b)损伤-应变曲线Figure2-1DynamicmechanicalresponsesofPBX1314andPBX9501underuniaxialcompressions.(a)Stress-straincurves,(b)damage-straincurves下面对比PBX1314与PBX9501在动态单轴压缩载荷下力学性能的差异。由图2-1可知，在相同应变率下PBX1314的应力-应变曲线斜率、应力峰值相对较小，应力峰值约为PBX9501应力峰值的1/3，而应力峰值对应的应变较大，约为PBX9501的7倍。这与PBX1314中的粘结剂含量较高密切相关。一方面，粘结剂具有较强的粘弹性特性，且模量远低于含能颗粒，作为一种复合材料，粘结剂组份的提高，必然引起材料总体模量的降低。另一方面，粘结剂含量的提高，使含能颗粒在材料中的分布相对稀疏，在压缩载荷作用下，粘结剂为含能颗粒提供了
【参考文献】：
期刊论文
[1]钻地弹动能侵彻战斗部技术研究综述[J]. 马田,李鹏飞,周涛,宋浦. 飞航导弹. 2018(04)
[2]普通混凝土HJC本构模型参数确定[J]. 任根茂,吴昊,方秦,周建伟,龚自明. 振动与冲击. 2016(18)
[3]PBX炸药含各向异性损伤的黏弹性统计微裂纹本构模型初步研究[J]. 张延耿,楼建锋,周婷婷,洪滔,张树道. 高压物理学报. 2016(04)
[4]非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟[J]. 傅华,李克武,李涛,刘仓理,彭金华. 爆炸与冲击. 2016(01)
[5]复杂受力环境下非均质炸药孔洞塌缩热点生成机理[J]. 成丽蓉,施惠基,贺元吉,赵升. 含能材料. 2016(02)
[6]基于Visco-SCRAM模型的侵彻装药点火研究[J]. 孙宝平,段卓平,万经伦,刘彦,欧卓成,黄风雷. 爆炸与冲击. 2015(05)
[7]国外钻地武器发展回顾及展望[J]. 党爱国,李晓军. 飞航导弹. 2014(06)
[8]战斗部装药冲击损伤及热点形成的数值分析[J]. 成丽蓉,施惠基,陈荣. 高压物理学报. 2013(04)
[9]国外浇注PBX炸药在硬目标侵彻武器中的应用[J]. 李媛媛,南海. 飞航导弹. 2012(11)
[10]基于微裂纹统计模型的PBX力学行为[J]. 郭虎,罗景润. 火炸药学报. 2012(05)
博士论文
[1]PBX炸药的动态力学性能及冲击损伤行为研究[D]. 肖有才.哈尔滨工业大学 2016
[2]局部撞击作用下PBX炸药响应与点火研究[D]. 傅华.南京理工大学 2016
[3]PBX炸药动态力学行为及起爆特性研究[D]. 蔡宣明.哈尔滨工业大学 2015
[4]PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究[D]. 李俊玲.国防科学技术大学 2012
硕士论文
[1]低幅值冲击条件下带壳炸药反应烈度的研究[D]. 李涛.中国工程物理研究院北京研究生部 2003
本文编号：3418977
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