常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性

为了研究常温和75℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性,采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,结合回收样品综合分析了常温和75℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75℃PBX-2炸药的受力变化。结果表明,常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9m·s~(-1);加热至75℃时,PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367m·s~(-1)。相比常温状态,当射弹撞击速度低于800m·s~(-1)时,75℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降,但射弹撞击速度高于800m·s-1时,约1.54GPa的输入压力就能使75℃PBX-2炸药产生剧烈反应。     

浇注PBX力学性能的研究进展

从材料特性、力学行为特征、本构模型和实验手段四个方面详细论述了浇注高聚物粘结炸药(PBX)力学性能的研究进展,指出动态力学测试及材料本构是目前研究浇注PBX的热点和难点。认为可以通过借鉴粘弹性模型、橡胶超弹性模型及推进剂模型建立浇注PBX的本构模型,并指出需要结合浇注PBX含能敏感、软材料和大变形特性来选择和改进现有的测试技术。对力学性能预测、动态实验技术及数值模拟等方面需要开展的工作提出了一些看法。     

一种弹药PBX装药的贮存老化机理及安全性

运用CT扫描了贮存4、8、12、16年高聚物粘结炸药(PBX)弹药装药结构,采用重量分析法,液体静力称量法和红外光谱分析了不同贮存年限装药的组成、密度及析出物,利用扫描电镜观察贮存4、12、16年弹药装药微观结构,测试弹药装药撞击感度。结果表明,装药逐渐出现裂纹、孔洞、空腔等老化现象,由固态变为粘稠态,并有硅橡胶析出;装药密度及组分中HMX含量由贮存4年时的1.56 g·cm-3、85%逐渐提高到16年时的1.66 g·cm-3、95%;装药断面由平整光滑逐渐变为凸凹不平。裂纹可能是因炸药颗粒与粘结剂发生脱离,内部微裂纹扩展引起,孔洞、空腔等老化现象可能是粘结剂大分子网状结构降解成环状小分子引起。老化使装药撞击感度由贮存4年时的8%逐渐提高到16年时的44%。     

压缩剪切作用下PBX的响应特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)在压缩剪切作用下的响应特性,采用设计的压缩剪切试验装置,对Φ20 mm×40 mm的PBX-932和PBX-C43在22~57 m·s-1撞击速度范围内进行了响应试验。试验中采用压力计测试了压力变化过程,通过高速录像照片分析了撞击过程,采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压,分析了两种炸药的响应特性。结果表明,随着撞击速度增加,两种PBX炸药的损伤度增加。在压力160~400 MPa,脉宽1.5 ms的压缩剪切作用下,PBX-C43和PBX-932的撞击速度阈值分别为25.5~27.7 m·s-1和22.7~24.4 m·s-1。两种炸药的反应程度基本一致。     

一种浇注PBX固化过程的实验与数值模拟

为研究浇注高聚物粘结炸药(PBX)固化工艺过程中温度场和应力场的变化规律,用布拉格(Bragg)光栅在60℃下测试了其固化过程的温度场。采用有限单元法进行了其固化工艺过程温度场和不同换热系数条件下的应力场的数值模拟。结果表明:固化前期药柱温度高于60℃。其中心部位温度可达65℃。温度由中心部位到模具内壁呈递减趋势。温度梯度在3.88×105 s时最大。应力集中区域主要分布在药柱下半部分。随着模具和药柱之间换热系数的增大,有效应力集中面积和最大有效应力相应增加。当换热系数为12 W·m-2·K-1时药柱在3.88×105 s有效应力集中区域最大,最大有效应力为6.69kPa。     

PBX炸药药片的摩擦感度响应特性

为研究高聚物粘结炸药(PBX)在摩擦作用下的响应特性,采用药片摩擦感度试验装置分别对PBX-923和PBX-2炸药进行了试验,采用冲击波超压传感器测量了样品的反应超压,根据回收样品分析了两种炸药的响应特性,计算了摩擦作用下PBX发生点火的摩擦功阈值和摩擦功率,分析了药片摩擦感度试验中炸药的点火机制。结果表明,炸药与光滑的钢板摩擦时PBX-923炸药和PBX-2炸药的反应摩擦功分别大于515.9 J和583.2 J,摩擦功率分别大于10.12 k W和11.44 k W,而PBX-923炸药与砂靶摩擦时对应的反应摩擦功阈值为294.7~368.3 J,摩擦功率为7.80~9.75 k W,PBX-2炸药与砂靶摩擦时反应摩擦功阈值为147.3~191.5 J、摩擦功率为3.90~5.07 k W,表明摩擦作用难以整体均匀加热PBX发生点火,炸药与砂靶摩擦的点火主导机制是摩擦引发的剪切作用点火。     

微纳米HMX基PBX力学、导热性能及药片撞击感度

为了研究微纳米尺度下颗粒尺寸对于炸药撞击感度的影响规律及作用机制,将三种奥克托今(HMX,粒径为100~300 nm,1~2μm,10~20μm)基高聚物粘接炸药(PBX)造型粉压制成表观密度分别为1.74 g·cm~(-3)与1.50 g·cm~(-3)的PBX样品,研究了HMX粒径与表观密度对PBX样品压缩力学性能、导热性能以及药片撞击感度的影响。使用扫描电镜观察了样品受落锤撞击前后的微观形貌,并通过自行设计的试验装置测试了落锤撞击加载过程中样品的受力情况。结果表明,PBX样品的压缩强度、压缩模量、导热系数及热扩散系数均随HMX粒径的减小而显著增大。在相同表观密度下,PBX样品的撞击感度随HMX粒径减小而明显降低;对于含同种粒径HMX的PBX样品,撞击感度随表观密度的增加而略微升高。撞击作用下HMX粒径较大的样品主要发生孔穴压缩与颗粒破碎,HMX粒径较小的样品主要发生颗粒层的剪切滑移。在相同撞击条件下,作用于试样力的峰值随表观密度的增大或粒径的减小而增大。认为炸药颗粒细化所带来的撞击感度降低是细化后炸药内部孔隙尺寸减小、孔隙结构均匀化程度提高以及导热性能提升等因素共同作用的结果。     

聚能射流引爆带壳炸药数值模拟研究

利用非线性有限元程序LS-DYNA中的ALE算法对聚能射流的成型、冲击引爆带壳炸药作用过程进行了数值模拟研究.根据计算结果获取了聚能射流在任意时刻的速度、直径等形体参数,并得到了该射流对带壳炸药的引爆过程参数.通过与试验结果相比较,证明了数值模拟计算结果的正确性.为聚能装药作用过程分析提供了一种高效的设计方法.     

固化温度对浇注PBX固化应力的影响

为改进固化工艺,确保浇注高聚物粘结炸药(PBX)的发射安全性,采用自制的间接应力感应器测试了浇注PBX药浆从液态到固态转变过程中应力的变化。研究了固化温度对浇注PBX固化应力的影响。结果表明:热固性浇注PBX固化过程包括从常温到固化温度的快速热膨胀,恒温固化阶段的热膨胀与交联收缩及固化降温时的冷缩变形三个阶段。研究了恒温固化过程中测试瓶的变形。根据变形情况计算了浇注PBX的固化应力。固化温度对PBX变形影响明显。当固化温度为100,90,80,60℃时,浇注PBX在固化过程中的最大热应力分别为2.14,0.72,0.56,0.29 MPa;固化过程的收缩应力分别为0.29,0.25,0.24,0.21 MPa,显示固化温度对恒温阶段固化热应力及收缩应力影响较大,固化温度越高,固化热应力及收缩应力越大。可以根据固化过程的应变-时间曲线,采取前期低温固化以减小固化应力,在固化应力变化平稳的后期升高温度以提高效率的变温固化工艺。     

聚能射流侵彻带壳装药引爆参数计算

在报废弹药销毁中,为简便快捷地分析计算聚能射流侵彻引爆带壳装药的作用过程,利用聚能射流简化模型,结合射流形成理论,计算了聚能射流侵彻引爆带壳装药时刻的速度和直径等参数,得到了聚能射流侵彻带壳装药引爆参数.通过试验验证,证明了该计算方法的正确性和可行性.     

一种HMX基PBX炸药在热与落锤撞击复合作用下的响应特性

为了研究炸药在热与撞击复合作用下的安全性,采用自行设计的试验装置,对Φ20mm×8mm的HMX基PBX进行了20~170℃范围内不同温度下50kg落锤撞击试验。试验中利用压力传感器测试撞击过程中炸药受力变化。利用高速摄影系统拍摄炸药撞击点火过程。获得了PBX炸药在不同温度下的撞击响应特性。结果表明,成型PBX炸药的撞击安全性与温度密切相关,其中82℃时撞击安全性提高,170℃时撞击安全性明显变差。在20~170℃范围内,随温度升高,PBX炸药的撞击感度先降低而后逐渐提高,这与PBX炸药在高温下的力学性能发生变化、热膨胀、热分解导致的损伤以及HMX发生晶型转变等因素有关。     

射流对间隙靶板屏蔽炸药的冲击起爆

为得到射流对野战弹药的冲击起爆规律,以间隙靶板屏蔽炸药模拟具有一定防护的野战弹药,应用冲击波传递的阻抗匹配技术、聚能射流的准定常侵彻理论以及开放炸药冲击起爆的Held准则,构建了射流前驱波与击穿间隙靶板后剩余射流起爆炸药的工程分析模型,并结合算例对模型进行了系统的分析。结果表明:射流侵彻起爆野战弹药过程中,射流直径变化可达到22.2%,对起爆能力的影响不可忽略;弹药壳体对射流起爆能力影响较防护层(包装/方舱)强;前驱波的最大起爆能力约为2.75×104m3·s-2,而剩余射流的最大起爆能力约为1.55×105m3·s-2,二者相差近一个数量级,所以野战弹药应以防射流击穿为主。     

钨铜变密度聚能射流侵彻模型及应用

钨铜是一种依靠机械摩擦结合的两相复合材料,在钨铜射流成型过程中,爆炸加载及拉伸程度的不同极易导致成分梯度及瞬时空隙,进而形成射流密度梯度。传统侵彻模型大多忽略材料中的微观结构变化,以射流密度定常为基本假设,对钨铜变密度射流侵彻深度的预测误差极大。综合考虑钨铜在聚能射流成型过程中材料拉伸及相分离导致的密度变化,引入射流密度与速度函数,对经典虚拟原点侵彻模型进行修正,建立了考虑射流可压缩性和成分梯度的钨铜变密度侵彻模型。以口径56 mm典型聚能结构为例,采用数值模拟及试验方法获得了钨质量百分比为75%的钨铜射流真实密度分布,并利用变密度侵彻模型计算了侵彻深度,同时利用X光脉冲摄影试验及静破甲试验对计算结果进行了验证。研究结果表明,钨铜变密度聚能射流侵彻模型比经典虚拟原点模型及局部密度修正模型计算的侵彻深度更加接近试验值,证实了钨铜变密度侵彻模型的正确性。     

可浇注固化PBX类含铝炸药低易损性研究

采用真空振动浇注-固化技术,制得了几种以聚合物弹性体端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘结剂,以黑索金(RDX)为主体炸药的含铝炸药。结果表明：用硝基胍(NQ)或3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)代替部分RDX,炸药的撞击感度明显降低,其枪击、苏珊实验反应等级较低。这种低易损性的PBX类含铝炸药适用于一些高性能武器战斗部装药。     

起爆方式对聚能射流影响的数值仿真研究

应用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,采用ALE算法对在同种装药结构条件下的药型罩顶部单点起爆、顶面双环线起爆、装药面轴向外壁中心单环线起爆、三环线起爆后形成的聚能射流分别进行了数值模拟。计算结果表明,起爆方式对射流性能有着重要的影响,不同起爆方式在装药中形成不同的爆轰波形,药型罩顶部双环线起爆比单点起爆后形成的射流头部速度提高11.6%;装药面轴向外壁线起爆比药型罩顶部任何方式起爆后形成的聚能射流头部速度都低,装药面轴向外壁三环线起爆比药型罩顶部双环线起爆后形成的射流头部速度降低18%;同时进行了验证实验,仿真结果与实验结果吻合。     

HMX基PBX炸药的等熵压缩实验研究

利用磁驱动准等熵压缩加载实验技术,研究了某奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)未反应固体炸药峰值压力8 GPa内的动力学响应特点。实验在保持多样品加载压力历史一致的前提下,同时加载多个不同厚度实验样品,用激光干涉测速方法获得了样品的速度响应历史曲线,对实验数据进行了Lagrange分析处理,获得了该PBX炸药样品8 GPa内的准等熵压缩线,多发实验获得的准等熵压缩线在该压力范围内一致,基于该状态方程的拟合参数对实验结果进行了流体动力学计算,计算结果与实验结果吻合较好。     

线型聚能装药射流形成及侵彻靶板的数值模拟

文中主要利用通用有限元程序LS-DYNA对线型聚能装药射流的形成及侵彻靶板的过程进行了数值模拟,将所得结果与现有的试验结果进行对照,数值结果与实验结果较为吻合。     

HMX基和TATB基PBX爆轰波的拐角性能

为了研究HMX基和TATB基高聚物粘结炸药(PBX)爆轰波的拐角性能,采用蘑菇(Mushroom)试验测试了HMX基炸药(含95%HMX的PBX-Ⅰ,含85%HMX和7%TATB的PBX-Ⅱ)和TATB基炸药(含95%TATB的PBX-Ⅲ)在起爆直径7mm和10mm条件下的出射角、熄爆角及延迟时间。结果表明,在起爆直径7mm的情况下,PBX-Ⅰ的出射角(75.5°)略大于PBX-Ⅱ的出射角(74.4°),PBX-Ⅰ和PBX-Ⅱ的熄爆角均为90°,都能够发展为类似球形,显示HMX基PBX均有较好的拐角性能。在起爆直径10mm的情况下,PBX-Ⅱ的出射角为78.6°,熄爆角为90°,PBX-Ⅲ的出射角为16.1°,熄爆角为60.4°。对于HMX基PBX,随着起爆直径的增大,出射角增大。在HMX基PBX中加入TATB,出射角减小。当HMX全部用TATB代替,出射角显著减小,三种炸药的拐角性能优劣顺序为:PBX-ⅠPBX-ⅡPBX-Ⅲ。