高聚物粘结炸药力学行为的实验研究和数值模拟

发布时间：2022-01-06 03:27

　　高聚物粘结炸药（Polymer Bonded Explosives,PBXs）是由高能单质炸药和高聚物粘结剂等组成的聚合物基高能炸药,在生产、运输和储存等过程中PBX炸药承受复杂应力条件,系统研究PBX炸药在各种载荷作用下的力学行为,它对于评估PBX炸药使用寿命、使用安全性和可靠性都具有重要的意义。本文主要对PBX材料在不同温度条件下的准静态力学性能进行实验研究,并对PBX材料在宏观及细观尺度上的断裂破坏进行数值模拟研究,主要内容包括:在实验方面,采用巴西实验研究PBX模拟材料在室温到90°C时的准静态拉伸力学性能,证实随着温度升高,PBX材料抗拉能力降低;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的断裂韧性等参数;根据数字图像相关（DIC）方法测得宏观位移及应变场,研究PBX材料宏观变形破坏机理;通过扫描电镜观察断面形貌,结果表明,随着温度的升高,PBX模拟材料的破坏由穿晶断裂的脆性破坏向沿晶脱粘破坏以及脱粘和颗粒破碎的复合破裂模式转变;对不同长径比的PBX模拟材料的圆柱试样进行单轴压缩实验,分析尺寸对PBX模拟材料破坏模式和力学性能的影响;对长径比为1.0的PBX模拟材料圆柱试... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：148 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 PBX炸药的力学性能实验研究进展
        1.2.1 PBX炸药宏观力学实验的研究进展
        1.2.2 PBX炸药细观力学实验的研究进展
        1.2.3 温度对PBX炸药力学性能影响的实验研究
    1.3 PBX炸药力学行为数值模拟研究进展
        1.3.1 PBX炸药本构及宏观数值模拟研究进展
        1.3.2 PBX炸药细观数值模拟的研究进展
    1.4 本论文主要工作
第二章 PBX炸药力学性能测试的实验方法和原理介绍
    2.1 概述
    2.2 实验材料及其制备
    2.3 主要实验方法
        2.3.1 巴西实验
        2.3.2 平台巴西实验
        2.3.3 半圆盘弯曲实验
        2.3.4 单轴压缩实验
        2.3.5 单轴拉伸实验
    2.4 数字图像相关方法
        2.4.1 DIC方法匹配原理
        2.4.2 DIC测量系统的搭建
        2.4.3 三维数字图像相关方法
        2.4.4 图像处理软件及分析流程
    2.5 本章小结
第三章 不同温度条件下PBX模拟材料准静态力学性能实验研究
    3.1 概述
    3.2 本章主要研究内容
    3.3 不同温度下PBX模拟材料拉伸性能测试
        3.3.1 实验方法
        3.3.2 巴西实验
        3.3.3 平台巴西实验及断裂韧性测量
        3.3.4 断口形貌
    3.4 PBX模拟材料的压缩性能实验
        3.4.1 不同长径比的单轴压缩实验
        3.4.2 温度条件下单轴压缩实验
    3.5 界面脱粘实验
    3.6 本章小结
第四章 不同温度条件下的两种炸药材料准静态力学性能实验研究
    4.1 概述
    4.2 本章主要研究内容
    4.3 不同温度下两种炸药材料的拉伸性能分析
        4.3.1 实验分析
        4.3.2 宏观变形场分析
        4.3.3 拉伸载荷下破坏模式分析
    4.4 不同温度下两种炸药材料的压缩性能分析
        4.4.1 实验结果
        4.4.2 拉压性能对比
        4.4.3 宏观变形场分析
        4.4.4 单轴压缩损伤本构关系
    4.5 本章小结
第五章 PBX材料宏观力学行为数值模拟
    5.1 概述
    5.2 本章主要研究内容
    5.3 粘聚裂纹模型基本理论
    5.4 嵌入式粘聚裂纹模型
        5.4.1 强间断理论
        5.4.2 粘聚应力与软化曲线
        5.4.3 基本方程
        5.4.4 起裂判据
        5.4.5 裂纹调整技术
    5.5 ECCM模型数值实现
        5.5.1 用户材料子程序编译实现
        5.5.2 软化曲线函数
        5.5.3 Newton-Raphson迭代法求解过程
    5.6 数值模拟验证
        5.6.1 单胞模型验证
        5.6.2 单轴拉伸实验
        5.6.3 三点弯实验模拟
    5.7 PBX半圆盘弯曲实验数值模拟分析
        5.7.1半圆盘弯曲实验
        5.7.2 嵌入式粘聚裂纹模型预测
        5.7.3 临界距离理论预测
        5.7.4 数值模拟预测结果对比
    5.8 PBX巴西实验数值模拟
        5.8.1 威布尔随机分布
        5.8.2 模型建立及材料参数确定
        5.8.3 数值模拟结果
        5.8.4 几种方法测得拉伸强度的相关性研究
    5.9 本章小结
第六章 PBX炸药力学行为的细观数值模拟
    6.1 概述
    6.2 本章主要研究内容
    6.3 细观模型建立
        6.3.1 粘结单元
        6.3.2 模型建立
        6.3.3 材料参数
        6.3.4 边界条件
    6.4 细观数值模拟结果分析
        6.4.1 单轴拉伸条件下的力学行为分析
        6.4.2 单轴压缩条件下的力学行为分析
        6.4.3 含预制损伤的拉伸/压缩破坏模拟
        6.4.4 应变率及材料参数对PBX压缩力学性能影响
    6.5 本章小结
结论
    本文的主要结论
    未来工作计划
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]红层软岩单轴抗压强度的尺寸效应[J]. 吕龙龙,宋丽,廖红建,李杭州.  长江科学院院报. 2016(09)
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[3]PBX炸药含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系[J]. 成丽蓉,施惠基.  含能材料. 2015(10)
[4]基于线性Drucker-Prager模型的PBX准静态弹塑性变形分析[J]. 王鹏飞,黄西成,何颖波,郭虎.  含能材料. 2015(05)
[5]以RDX为基的浇注PBX力学性能与本构模型[J]. 唐明峰,蓝林钢,李明,温茂萍.  含能材料. 2014(02)
[6]破片撞击装药点火实验和数值模拟[J]. 孙宝平,段卓平,张海英,刘彦,黄风雷.  爆炸与冲击. 2013(05)
[7]《混凝土结构设计规范》附录C建议的钢筋和混凝土本构关系模型在结构弹塑性分析中的开发应用[J]. 刘康,洪嵩然.  建筑结构. 2012(S2)
[8]PBX细观损伤特征及表征方法研究综述[J]. 郭虎,罗景润,谢朝阳.  四川兵工学报. 2012(01)
[9]HMX热分解动力学与热安全性研究[J]. 汤崭,杨利,乔小晶,张同来,郁卫飞.  含能材料. 2011(04)
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博士论文
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[5]基于半圆弯曲试验的沥青混合料动态响应及断裂性能研究[D]. 刘宇.哈尔滨工业大学 2009
[6]脆性基复合材料破坏过程细观力学研究[D]. 张亚芳.东北大学 2006
[7]PBX的损伤、断裂及本构关系研究[D]. 罗景润.中国工程物理研究院 2001

硕士论文
[1]基于数字图像相关方法的PBX断裂行为研究[D]. 刘晨.中国工程物理研究院 2016
[2]PBX变形破坏的宏细观数值模拟[D]. 李生涛.北京理工大学 2015
[3]撞击作用下PBX炸药响应过程的宏—细观数值模拟[D]. 顾佳伟.北京理工大学 2015
[4]基于高速DIC方法的脆性材料动态力学性能研究[D]. 陈静静.北京理工大学 2014
[5]PBX有效力学性能及本构关系研究[D]. 敬仕明.中国工程物理研究院 2009
[6]沥青混合料半圆弯拉试验方法研究[D]. 曹轲铭.湖南大学 2007
[7]HMX、TATB基高聚物粘结炸药（PBX）力学性能的MD模拟研究[D]. 朱伟.南京理工大学 2005
[8]TATB/氟聚物复合材料的界面作用和力学性能研究[D]. 宋华杰.中国工程物理研究院北京研究生部 2000



本文编号：3571635