PBX炸药动态力学行为及起爆特性研究

发布时间：2020-10-11 06:36

　　 高聚物粘结炸药是高能顿感炸药,易于加工成所需要的结构形式,力学性能较为稳定,在武器战斗部、导弹装药部及大型攻击性毁伤武器中的应用十分广泛。PBX装药能否在预定的目标位置开始起爆,且起爆前PBX炸药内部是否出现损伤等,这些将直接影响到PBX炸药能否释放出最大的起爆能量,能否准确有效的摧毁敌对目标。无论在何种武器中,PBX装药结构都是薄弱环节,其易于在外界各种因素的影响下,产生各种不同程度的损伤,有的甚至发生意外起爆,而PBX炸药材料的力学行为特性决定了装药的安全性,PBX炸药的安全性将直接影响到武器战斗部的可靠性及安全性。因此,对PBX炸药在复杂动态应力加载条件下的力学响应及起爆特性进行研究具有重要的意义。基于以上背景,本文以PBX炸药为研究对象,结合实验和仿真的方式对PBX炸药的动态力学行为及起爆特性进行了研究,本文主要研究内容如下:基于SHPB实验技术,对PBX炸药进行动态压缩实验,通过整形器改变入射脉冲波形,结合激光瞬态位移测量系统及高速相机,获得了不同高应变率下的PBX炸药应力-应变曲线,根据实验分析结果及应变能函数,建立了该PBX炸药在不同初始密度下的与应变率相关的本构关系,结果表明,该本构关系与实验数据吻合的较好。仿真结果与实验结果吻合的较好,也证实了该本构关系能够较好的描述其动态力学响应。基于一级轻气炮装置,对PBX炸药在Taylor冲击以及三轴向冲击加载方式下的宏观和细观损伤进行了研究,结合SEM电子显微镜,分析PBX炸药在不同冲击方式及冲击压力下的细观损伤模式。在两种不同冲击方式下,PBX炸药样品的宏观损伤程度与其初始密度有一定的相关性;PBX炸药样品的细观损伤模式与冲击加载的方式相关,进一步认识了PBX炸药的细观损伤机理,为深入认识PBX炸药的起爆机制奠定了基础。对PBX炸药在平面冲击加载条件下的动态力学响应进行了研究,采用“对称碰撞”方式,结合实验中测到的飞片速度及压力传感器监测到的时间差,通过线性相关拟合获得该PBX炸药的声速C0以及冲击因子?,为下文的冲击起爆压力数值模拟提供了相关的参数。获得了冲击波阵面后不同初始密度PBX炸药的状态参数的三维关系,为该PBX炸药在更大冲击波阵面脉冲作用下的状态参数关系的研究提供了重要依据。结合平面正冲击波的基本关系式,雨贡纽曲线以及实验结果数据,最终获得该PBX炸药起爆前的Grüneisen状态方程及相关参数。对PBX炸药的能量释放行为和临界起爆实验及其冲击压力数值模拟进行了研究。在能量释放特性的实验研究中,获得了PBX炸药临界起爆速度及达到最大反应效率时的临界冲击速度。在冲击起爆的实验研究中,获得了PBX炸药临界起爆的装药子弹速度以及临界起爆压力。前文的实验及相关的研究工作均为该PBX炸药冲击起爆压力的数值模拟研究提供了指导及相关参数。数值模拟结果与实验吻合的较好,该数值模拟模型及其参数能够较好的表达该PBX炸药在高速冲击加载条件下的动态力学响应,实验校验仿真的有效性,仿真可以为实验提供一定的参考依据。本文获得的研究成果可以为PBX炸药的动态力学行为及起爆特性研究提供依据及技术指导,也为国防武器战斗部的装药结构设计提供了依据,具有一定的参考价值及指导意义。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ560.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 本课题的来源及研究目的和意义
    1.2 PBX炸药动态力学行为的研究现状与分析
        1.2.1 Hopkinson杆实验技术的发展
        1.2.2 PBX炸药本构模型研究发展现状
    1.3 炸药雨贡纽物态方程及损伤研究进展
        1.3.1 含能材料雨贡纽物态方程发展现状与分析
        1.3.2 炸药损伤特性研究的发展现状及分析
    1.4 PBX炸药起爆特性及其数值模拟研究现状与分析
        1.4.1 炸药起爆特性研究的发展现状
        1.4.2 含能材料起爆特性数值模拟研究的发展现状与分析
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 PBX炸药动态力学性能研究
    2.1 引言
    2.2 SHPB加载条件下的动态压缩实验
        2.2.1 实验简介
        2.2.2 实验原理
        2.2.3 PBX炸药应力应变曲线
    2.3 本构关系的建立
    2.4 实验与仿真结果的比较
    2.5 本章小结
第3章 PBX炸药冲击损伤研究
    3.1 引言
    3.2 PBX炸药TAYLOR冲击实验及其细观损伤研究
        3.2.1 PVDF压力传感器的标定
        3.2.2 实验装置
        3.2.3 实验结果
        3.2.4 细观损伤分析
    3.3 PBX炸药三轴向冲击损伤实验及其细观损伤研究
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 实验结果及细观损伤分析
    3.4 本章小结
第4章 PBX炸药状态方程研究
    4.1 引言
    4.2 平面正冲击波
        4.2.1 平面正冲击波基本关系式及雨贡纽曲线
        4.2.2 冲击波速度与粒子速度的相互关系
    4.3 实验试件设计准则
        4.3.1 实验试件宽厚比
        4.3.2 追赶比
    4.4 PBX炸药状态方程参数的获得
        4.4.1 实验试件及弹托
        4.4.2 实验装置及测试系统
        4.4.3 飞片与实验试件同轴度分析
        4.4.4 实验结果及参数的获得
    4.5 本章小结
第5章 PBX炸药起爆特性研究
    5.1 引言
    5.2 能量释放特性的实验研究
        5.2.1 实验预估
        5.2.2 实验装置
        5.2.3 实验结果及讨论
    5.3 冲击起爆的实验研究
        5.3.1 实验装置
        5.3.2 实验结果
    5.4 冲击起爆特性数值模拟研究
        5.4.1 GY4装甲钢模型及相关参数
        5.4.2 装药子弹模型及相关参数
        5.4.3 PBX炸药模型及相关参数
        5.4.4 数值模拟有限元模型
        5.4.5 数值模拟结果及分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

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本文编号：2836221