改性单基发射药的燃速模型

为了研究以5/7单基发射药为基体药,硝化甘油(NG)为浸渍剂,聚酯为包复剂所组成的改性单基发射药的燃烧性能,对改性单基发射药的浸渍层分布,燃烧过程中药型尺寸及能量特性的变化进行了理论分析和实验验证。制备了NG浸渍量分别为10%和15%两个样品,进行了密闭爆发器试验、显微切片照相,用所建理论模型计算了试验结果。结果表明:NG浸渍量为15%时,火药力提高了10.14%,浸渍深度约0.168 mm,小于150 MPa,计算所得基体药u-p曲线高于改性单基发射药u-p曲线;大于150 MPa,两者u-p曲线重叠。当NG和聚酯在推进剂中的浸渍量分别为15%和2.5%时,在NG和聚酯浸渍量配比合适的条件下,改性单基发射药的火药力和燃烧渐增性在一定范围内可以做到同时增加。     

相同强塑积薄钢板抗弹性能和破坏形式的研究

对抗拉强度在1 000～2 300 MPa范围内的3种相同强塑积薄钢板进行抗弹性能试验,观察弹击后弹坑的宏观形貌和金属流线变化,测量弹坑周边硬度,结合钢板的强度和塑性讨论钢板破坏形式对抗弹性能的影响。试验结果表明:由于塑性变形可以有效吸收弹丸的动能,钢板以塑性变形较大的盘形穿孔破坏时,相同强塑积钢板抗弹性能差异较小,强度和塑性共同影响钢板的抗弹性能;而钢板以塑性变形较小的冲塞破坏时,塑性的影响弱化,相同强塑积钢板中较高强度钢板的抗弹性能明显高于较低强度钢板。2 300 MPa钢板在弹丸未穿透时发生破碎,这与其塑性较低有直接的关系。     

PEG/N-100弹性体单向拉伸断裂行为

应用单向拉伸、扫描电镜等手段,研究了PEG/N-100弹性体的应力-应变关系和断裂行为。实验结果表明PEG/N-100弹性体的抗拉强度大于7MPa,屈服点抗拉强度接近于10MPa,断裂延伸率超过400%,并在断裂弹性体中发现7μm左右球晶生成;PEG/N-100弹性体的断裂是由微观裂纹生长成为细观裂纹,细观裂纹的生长和扩展最终导致弹性体断裂。     

不同强度的40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,弹坑周围裂纹和绝热剪切带的形成位置和数量,评定背面强度极限。分析不同抗拉强度钢板的穿甲机理。结果表明:抗弹性能随着抗拉强度的提高,呈现非单调变化的趋势;抗拉强度在1270MPa以下,钢板出现塑性扩孔破坏,弹坑周围基本不形成绝热剪切带与裂纹;抗拉强度在1270MPa至1700MPa之间,由于绝热剪切带的形成与扩展,钢板损伤形式由塑性扩孔向冲塞破坏转变;抗拉强度超过1700MPa,由于板内裂纹的形成与扩展,钢板出现崩落。     

部分切口杆状发射药内弹道性能的数值模拟

为了研究部分切口杆状发射药的装药内弹道性能,基于经典内弹道理论建立了部分切口杆状发射药的装药内弹道计算模型,采用高能硝胺发射药配方的部分切口杆状发射药进行了装药内弹道性能计算,在30 mm火炮上进行了试验验证,并分析了切距、切宽及切深对部分切口杆状发射药内弹道性能的影响。研究结果表明:采用建立的部分切口杆状发射药内弹道模型计算获得的最大膛压为430.2 MPa,与试验测试的最大膛压平均值409.7 MPa的计算误差为5.0%;计算的炮口初速为1378.2 m·s~(-1),与试验测试的炮口初速平均值1409.6 m·s~(-1)的计算误差为2.2%;最大膛压和炮口初速随切距的增大而减小,切距从5 mm增加至50 mm,最大膛压降低了12.0%,初速降低了3.1%,且在切距值大于20 mm后对膛压及初速的影响逐渐降低;最大膛压及炮口初速随切深和切宽数值的增加而增大,切深对最大膛压的影响相较对炮口初速的影响更为显著,切宽数值的变化对内弹道性能的影响总体较小。     

基于燃烧产物的硝胺类发射药的燃速预估模型

针对探讨硝胺类发射药的燃速预估模型,在分析硝胺炸药在燃烧分解产物热分解规律的基础上,运用近年来提出的火药燃速预估方法,推导硝铵发射药的燃速公式及压力指数公式。编写硝铵发射药燃速计算软件。在0～400 MPa压力范围内,对硝胺类发射药的燃速进行理论预估,并对3种硝铵发射药的燃烧计算值与相应的试验数据进行比较。分析结果表明,本模型是可行的,适合硝铵发射药的燃速预估。     

冲击载荷作用下典型发射药的弹性模量分析方法

为获得冲击载荷作用下典型发射药弹性模量有效分析方法,进行了落锤冲击发射药的实验研究。结合高速摄像技术和数字图像相关方法,得出发射药在落锤冲击过程中的应力与应变曲线;以此为基础,采取线弹性、非线性弹性和黏弹性3种分析手段,得到DAGR125-21/19发射药在常温和低温下弹性模量随着冲击速度和冲击能量的变化规律。结果表明：随着冲击速度增加,发射药在常温和低温下弹性模量变化较小,其中黏弹性分析得到的弹性模量最小,线弹性和非线性弹性分析的结果相近,且低温下弹性模量远大于常温下弹性模量;通过对双芳-3双基发射药弹性模量的研究,可以得到相似的结论,且常温下双芳-3双基发射药弹性模量与DAGR125-21/19发射药弹性模量相当,但低温下前者远大于后者;基于数字图像相关方法的黏弹性分析,可以获得准确可靠的发射药弹性模量。     

喷射沉积超高强铝合金自然时效行为分析

研究喷射沉积超高强铝合金的自然时效时间0.25,0.5,1,2,2.5,3 a的力学与组织行为。结果表明:在前2 a内,合金的抗拉强度和屈服强度随自然时效时间的延长而增强,最大抗拉强度达到810 MPa,而伸长率则从最初的11%减少到6%;自然时效2.5 a,合金的抗拉强度减少到750 MPa,而伸长率提高到10%;时效3 a后,合金的抗拉强度增强到800 MPa,伸长率降低到8%。     

低温感硝胺发射药混合装药的应用研究

从低温感发射药的基本原理出发 ,对低温感硝胺发射药在中大口径火炮上的应用试验进行了分析研究 .通过对硝胺发射药燃烧特性的测试 ,发现硝胺发射药的燃速压力曲线几乎是一条直线 ;由落锤冲击实验 ,认为硝胺发射药的低温力学性能还需进一步改善 ;根据弹道试验所得到的低温感硝胺发射药的初速和膛压结果 ,以及对试验火炮的烧蚀结果 ,证明了低温感硝胺发射药可作为中大口径火炮装药的可行性     

改性高能太根发射药热分解与燃烧性能研究

利用差示扫描量热法(DSC)、密闭爆发器试验研究了含黑索今(RDX)、聚醚聚氨酯弹性体材料(TPUE)的改性高能太根发射药热分解与燃烧特性,通过三维视频观察了改性高能太根药中止燃烧表面的形貌变化,分析了该类发射药的燃烧机理。结果表明:改性高能太根发射药的热分解过程主要分为由硝化棉、硝化甘油和硝化三乙二醇组成的基体的热分解和RDX的热分解;RDX颗粒的大小对改性太根药的实际燃烧过程产生较大影响。当RDX粒径为8.5μm和45μm时,两种改性太根发射药压力指数相当,其熔融和热分解过程主要发生在凝聚相区。当RDX粒径为90μm时,部分RDX颗粒从太根药基体脱离进入气相区分解燃烧,导致发射药燃面增加,质量燃烧速度加快,燃烧规律性下降;发射药中少量TPUE的加入对发射药燃烧性能影响较小。     

不同加载形式的PBX炸药巴西试验

为了探讨加载方式对高聚物粘结炸药(PBX)巴西试验结果的影响,对某PBX炸药分别进行了传统巴西试验、30°圆弧巴西试验和橡胶垫巴西试验,得到的间接拉伸强度分别为3.57,5.22,5.48 MPa,与此PBX炸药的直接拉伸试验强度值5.50 MPa相比,只有橡胶垫巴西试验结果与直接拉伸强度最接近。传统巴西试验和30°圆弧加载试验曲线为无效加载曲线,而橡胶垫加载巴西试验曲线为有效加载曲线。在传统巴西试验和圆弧加载巴西试验样品的加载区域除了主裂纹以外还存在一条或多条裂纹,而橡胶垫加载巴西试验样品只有一条主裂纹,没有其它次裂纹。表明,橡胶垫巴西试验方法更适合于测试PBX炸药的拉伸强度。     

固体推进剂矩形粘接试件的多角度拉伸试验

为采用试件模拟固体火箭发动机燃烧室壳体/绝热层/衬层/推进剂粘接系统同时承受拉伸和剪切载荷的受载状态,设计了符合航天行业标准QJ 2038.1A-2004规定的矩形粘接试件的多角度拉伸夹具。实现了对试件的单纯拉伸、单纯剪切以及拉伸、剪切结合的多种载荷状态。随着拉伸角度由0°增至90°,界面失效时刻对应的载荷由1166 N降至420 N,最大主应力由0.945 MPa降至0.461 MPa,上界面最大主应力集中系数由1.1上升至2.7,下界面最大主应力集中系数则变化较小。试验中试件起裂部位与界面最大应力位置的计算结果一致性较好,可为发动机粘接系统结构完整性分析提供参考。     

碳纳米管(CNTs)对Al-CMDB推进剂燃烧性能及力学性能的影响

为了研究碳纳米管(CNTs)对含Al改性双基(Al?CMDB)推进剂燃烧性能和力学性能的影响,采用吸收?压延的方法制备了推进剂样品,用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压强指数;测试了推进剂样品在高低常温时的拉伸强度及延伸率。通过扫描电镜、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了碳纳米管影响Al?CMDB推进剂燃烧性能的原因。结果表明,在Al?CMDB推进剂中加入0.7%碳纳米管在6～20 MPa可提高推进剂的燃速,其中6 MPa下燃速提高最多,为4.98 mm·s~(-1);6～20 MPa下压强指数从0.57降低为0.45。管径10～20 nm的碳纳米管能提高Al?CMDB推进剂高低常温的拉伸强度及延伸率。碳纳米管对推进剂的热分解峰温影响不明显,但可使推进剂分解放热量增加。     

超声冲击对7A52铝合金焊接接头力学性能的影响

采用QC23-B型超声冲击设备对7A52铝合金焊接接头进行超声冲击处理,从焊缝表观、焊趾处应变与应力、抗拉强度等方面对经过超声冲击处理前、后的试样进行对比研究。结果表明,经过超声冲击处理的试样,焊缝焊趾处的外表形状更为平滑,焊趾处拉应力转变为压应力。抗拉强度测试表明,冲击后接头平均抗拉强度为271 MPa,与冲击前相比提高了9.7%,且冲击后的焊件部分断裂在焊缝上,验证了超声冲击处理改变接头焊趾处的应力分布,降低应力集中。     

主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现：围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明：von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。     

应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能及耗散特性的影响

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单向拉伸法研究了应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能的影响,并基于耗散能方法分析了其在机械载荷作用下的耗散特性。结果表明,推进剂力学性能有明显的应变率相关性,抗拉强度、伸长率等与应变率的对数成线性增加关系;不同的应变控制也影响推进剂的力学性能;应变率和应变控制对推进剂试件的耗散能有较大的影响,耗散能与应变率的对数也成线性关系。     

压力载荷与温度场作用下弹壳弹膛系统的动态响应

针对热对弹壳弹膛系统的影响,基于弹、塑性力学及接触理论和弹壳、弹膛系统受热的物理过程,建立了考虑由热载荷和压力载荷共同影响的某小口径枪械弹壳弹膛系统的数学和物理模型。采用非线性有限元法和热、结构耦合单元Plane13,在ANSYS软件环境下,通过加载火药燃体的温度历程,进行了数值分析,获得了弹壳、弹膛系统在瞬态热载荷和瞬态压力载荷同时作用下弹壳弹膛系统热应力特性,结果表明热对弹壳弹膛系统的影响不容忽视的。     

基于随动边界的火炮身管热力联合效应数值分析

为探索高温高压火药燃气瞬态冲击效应对身管刚度和强度响应的影响,采用有限元方法建立了某大口径火炮身管三维数值模型,并定义了热力载荷边界随弹丸运动而变化的动态过程。通过数值计算得到了首发弹射击条件下身管温度分布演变过程,进一步分析了热冲击载荷、压力载荷以及热力联合效应对身管动态应力响应的影响。计算结果表明：轴向不同位置热冲击载荷的差异性引起轴向非均匀温度分布,使得出现较大的轴向温度梯度,带来显著的轴向温差应力;在温度响应剧烈区域,周向表现为压应力的温差应力与周向表现为拉应力的载荷应力相互叠加,使得内壁质点周向应力分量表现为拉应力与压应力的交替作用,与压力激励作用结果相比,内壁高应力区应力幅值得到一定减弱并随温度响应呈现先下降、后上升的趋势。     

固体火箭发动机粘接界面参数识别与损伤破坏数值模拟

为了研究固体火箭发动机粘接界面的损伤破坏过程,按照QJ2038.1A-2004制作了固体火箭发动机矩形粘接试件,对粘接试件进行了单向拉伸试验,获得了粘接试件的损伤破坏模式。根据粘接试件损伤破坏特点,建立了粘接试件的有限元数值模型,采用基于分步反演与Hooke-Jevees优化算法结合的反演方法,准确地获取了推进剂/衬层/绝热层界面混合模式下双线型内聚力模型的相关参数,将其应用于粘接试件拉伸试验损伤破坏过程的数值模拟中。研究结果表明:粘接试件主要的破坏形式为推进剂/衬层/绝热层界面处的脱粘;提出的反演识别方法能够较好地获取固体火箭发动机的界面相关参数,拉伸速度为2 mm·min^-1时,固体火箭发动机粘接界面的初始模量、最大粘接强度、断裂能分别为0.86 MPa、0.63 MPa、3.13 kJ·m^-2;推进剂/衬层/绝热层界面的损伤导致粘接试件的应力随应变增加的速率减慢,人工脱粘层尖端处界面的起裂,并且沿试件中央扩展,最终贯穿粘接试件是粘接试件主要损伤破坏模式。     

提高低燃速丁羟推进剂力学特性研究

大量粗粒度AP和降速剂的添加很难实现低燃速丁羟推进剂高强度的技术要求。研究以静态燃速不高于5.1 mm/s(20℃,6.0 MPa)低燃速丁羟推进剂作为基础配方,通过优选HTPB规格、键合剂组合和添加新型扩链剂的方法提高推进剂力学特性。结果表明,采用新型扩链剂SX,使70℃推进剂的抗拉强度高于1.0 MPa,伸长率大于10%。