三维多接触复杂非线性问题的分析与研究

接触问题一直是非线性有限元分析中的难点。本文以底火的微小、复杂结构为基础，建立多接触非线性有限元分析模型，进行了结果分析，可以为处理三维复杂结构的多接触问题的分析提供经验和新思路。     

基于硅双固态梁PyroMEMS安保机构的设计、制备及作动性能

为适应武器弹药安全系统微小型化、高可靠性的发展要求,设计了一种基于硅双固态梁的烟火微机电系统(PyroMEMS)安全保险机构。采用ABAQUS软件对安保机构层中固态梁的耐压强度与耐过载强度进行了模拟仿真。根据模拟仿真结果采用微机电系统(MEMS)工艺制备了PyroMEMS安保机构原理样机。为研究作动性能,选用质量配比为1∶9的硅铅丹(Si/Pb_3O_4)作为点火药,选用质量配比为1∶1的苦味酸钾/高氯酸钾(C_6H_2(NO_2)_3OK/KClO_4)作为产气药。结果表明,安保机构层中固态梁在长与宽均为300μm时耐压强度为310.03 MPa,耐过载强度为47.31 g。设计的PyroMEMS安保机构可成功实现安保功能。     

不同调制比的Al/MoO_3含能半导体桥电爆特性研究

调制比是薄膜制备中体现材料化学计量比的重要参数,直接影响含能复合薄膜的反应性能。为了研究Al/MoO_3含能复合薄膜在半导体桥上复合的最佳调制比,采用磁控溅射工艺分别制备了3种调制比的Al/MoO_3含能复合薄膜和Al/MoO_3含能半导体桥。研究了薄膜的形貌、热反应性能与Al/MoO_3含能半导体桥在不同充电电压下的电爆过程。结果表明适当调整调制比可以减小临界激发能量,缩短临界激发时间,提高含能半导体桥的燃烧时间。     

用于瞬态高速飞片速度测量的光子多普勒测速系统

针对目前VISAR等测速仪在测量瞬态高速小飞片速度时调试复杂、测试成功率低等问题,基于光子多普勒效应和自混频原理,采用1 550 nm单模激光,成功研制了一套光子多普勒测速系统。使用该系统测量了不同激光能量密度下的复合飞片瞬时速度,结果显示:该系统测试成功率高,响应速度快,获得的速度曲线完整而清晰。与传统的VISAR和F-P干涉测速仪相比,具有操作简单、测试成功率高、便于携带等非常明显的优势。该系统适用于速度在几百米/s～几千米/s的微小飞片或者微区爆轰的速度测量,也可应用于常规爆炸流场的测试。     

介电式AI/CuO复合薄膜点火桥的电爆性能

提出了“介电式复合薄膜点火桥”的概念,并以AI膜作电极,CuO膜作电介质层,用微细加工技术制备了介电式Al/CuO复合薄膜点火桥样品,尺寸为2000μm x2000 μm x2.6 μm,电阻值约4Ω.用60 V以上恒压源可激发点火桥发生电爆炸,电爆过程中Al/CuO复合薄膜发生了氧化还原反应,生成的单质Cu使点火桥产生了延迟放电效应.用原子发射光谱双谱线法测试了60 V和80 V激发时点火桥的电爆炸温度和持续时间.60 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在2500 ～3500 K,持续时间约0.35 ms;80 V激发时点火桥电爆炸温度主要分布在3500 ～4000 K,持续时间约0.55 ms.     

激光驱动飞片中Al2O3隔热层的制备研究

为了在飞片靶中加入氧化铝隔热层,以提高飞片速度,增大飞片冲击炸药的压力,确保炸药的可靠起爆,利用真空射频磁控溅射法制备了激光驱动复合多层飞片靶中的Al2O3隔热层,在溅射功率238W、溅射气压0.4Pa、Ar气流量30sccm、靶基距11cm条件下,得到Al2O3薄膜的沉积速率为125nm/h,制备的Al2O3薄膜为非晶结构,其表面均匀、致密,没有孔洞等缺陷,为后续复合多层飞片靶的制备提供支持.     

多层Al/Ni含能薄膜在电容放电激励下的能量释放特性和规律

为了研究Al/Ni含能薄膜的能量释放特性和规律,采用微细加工方法制备了双"V"型夹角的Al/Ni含能薄膜换能元。研究了Al/Ni含能薄膜换能元在47μF固体钽电容放电激励下的能量释放特性和规律。电爆炸测试时,用自主研制的ALG-CN1储能放电起爆仪作激励电源。电容器用47μF固体钽电容,充电电压为10～45 V。用高速摄影仪(HG-100K)观察换能元的发火过程。用数字示波器(LeCroy44Xs,4通道)记录换能元发火时电流、电压随时间的变化曲线。结果表明,Al/Ni含能薄膜换能元在电容激励下的电爆过程按照电流变化率(dI/dt)可以分为三个阶段:回路寄生电感的储能,换能元的电爆炸及等离子体加热。与相同桥型的NiCr薄膜换能元比较,所制备的Al/Ni含能薄膜换能元具有输出能量高以及电爆后产生的火花飞溅距离长的特点。发火回路的寄生电感对于换能元的起爆具有重要作用。Al/Ni含能薄膜换能元电爆炸时的输出能量主要来源于两部分:电容的输入能量和含能薄膜释放的化学能。     

HAN基电控固体推进剂的热分解和电导率特性

为了揭示硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(ECSP)可靠点火和燃烧调控机理,采用热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)联用技术和阻抗-频率扫描方法分别研究了ECSP的热分解行为、热分解产物以及压力与温度对电导率的影响。结果表明:与纯HAN溶液相比,ECSP的热稳定性提高,初始分解温度提高11℃,高温放热峰峰温后移24℃,热分解历程变长。结合ECSP的热分解行为与产物质谱曲线,发现HAN基ECSP的热分解历程主要分为三步:HAN发生热分解反应;HAN的热分解产物和未分解的HAN与聚乙烯醇(PVA)发生相互作用;ECSP中剩余其他组分发生热分解。ECSP的电导率在低频率范围(0～1000 Hz)内急剧增加,但随着频率的增加,在高频率范围(大于1000 Hz)内趋于恒定。随着压强和温度的增加,ECSP的电导率增加。当温度增加到150℃时,ECSP在高频率范围的电导率与125℃时相比降低2.92%。     

基于MOS控制晶闸管的高压电容放电特性

为了研究国产金属氧化物半导体(MOS)控制晶闸管(Metal?Oxide?Semiconductor controlled thyristor,MCT)与高压陶瓷电容组成的电容放电单元(Capacitor Discharge Unit,CDU)的放电特性,设计制备出体积为40 mm(L)×25 mm(W)×8 mm(H)的CDU,其回路电感约10 nH,电阻约100 mΩ。首先分析了CDU回路的R-L-C零输入响应方程,采用CDU负载短路放电实验进行验证,研究发现随着电容值的增大,CDU的峰值电流、峰值电流上升时间、高压电容的放电时间等关键参数均增大;随着放电电压的升高,峰值电流增大,峰值电流上升时间不变。采用微型爆炸箔芯片(Cu桥箔35 mΩ)和硼/硝酸钾(Boron?Potassium Nitrate,BPN)点火药(硼粉/1.50μm,压药密度/1.57 g·cm~(-3))验证了CDU的作用效能,在0.36μF/1.20 kV下,测得回路峰值电流2.032 kA,桥箔两端电压0.9273 kV,峰值电流、电压延迟时间32.4 ns,爆发点时刻168.2 ns,爆发点功率1.490 MW,且CDU能可靠进行BPN的飞片冲击点火。结果表明,基于国产MCT和高压陶瓷电容的CDU基本适用于爆炸箔起爆器等脉冲大电流激发火工品,但其综合性能仍需改进。     

MEMS固体化学微推进阵列的微冲量测试技术

为了评价MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)固体化学微推进阵列的推进性能,对其单元微冲量的精确测试显得尤为重要。在传统冲击摆的基础上,考虑微推进器推力和燃气射流冲击力之间的比例关系,设计了一套适用于MEMS固体化学微推进阵列单元微冲量的间接测试装置,并成功用于6×6规格(单元集成度为36个/cm²)微推进阵列的实际测试中。结果表明:典型实验数据下的待测微冲量为2.5442×10-4Ns,相对误差小于5%;实测8个单元的微冲量平均值为2.5574×10-4 N·s,相对偏差较小,具有很好的重复性。 