【摘要】：酚醛層壓復(fù)合材料是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,具有耐沖擊、耐磨損、減振吸熱等性能,且密度適中,越來越多地應(yīng)用在導(dǎo)彈、火箭、炮彈等零部件的生產(chǎn)中。為研究酚醛層壓復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在受到爆炸、沖擊作用所引起的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和內(nèi)部損傷,以及評(píng)估其爆炸防護(hù)性能,本文對(duì)該材料的沖擊動(dòng)力學(xué)行為、爆炸沖擊波在其中的傳播特性,及其在雷管模具中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先,對(duì)酚醛層壓復(fù)合材料進(jìn)行了應(yīng)變率10~（-3）s-1～103s~（-1）范圍內(nèi)的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)和分離式霍普金森壓桿(SHPB)實(shí)驗(yàn),得到了相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。在SHPB實(shí)驗(yàn)中,采用波形整形技術(shù)將矩形入射脈沖整形為近似冪函數(shù)入射脈沖,拉長(zhǎng)入射脈沖上升沿,增加梯形波上升時(shí)間,減少了彌散效應(yīng)引起的高頻振蕩;分析了在SHPB實(shí)驗(yàn)中影響試件早期應(yīng)力平衡的外部因素,給出了早期應(yīng)力均勻性改善的方法,得到了比較準(zhǔn)確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。結(jié)果表明,酚醛層壓復(fù)合材料的峰值應(yīng)力和破壞應(yīng)變具有強(qiáng)烈的應(yīng)變率效應(yīng),與準(zhǔn)靜態(tài)(1.67×10~（-3）s-1)時(shí)相比,動(dòng)態(tài)載荷(7×10~2 s~（-1）)下的材料峰值應(yīng)力和破壞應(yīng)變有著明顯的變化,峰值應(yīng)力增加了約10倍,破壞應(yīng)變減少了約一半;材料隨著加載應(yīng)變率的提高,屈服應(yīng)力增大,具有應(yīng)變率硬化效應(yīng);屈服應(yīng)變隨著應(yīng)變率的增大而減小,高速?zèng)_擊造成材料發(fā)生了韌性轉(zhuǎn)化;動(dòng)態(tài)加載條件下的應(yīng)變率敏感性要高于準(zhǔn)靜態(tài),具有明顯不同的應(yīng)變率相關(guān)性,且有兩個(gè)主要松弛時(shí)間,證明酚醛層壓復(fù)合材料是一種非線性的粘彈性材料。分析發(fā)現(xiàn),酚醛層壓復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)載荷下,具有明顯的沿試件徑向的層狀破壞特征;在動(dòng)態(tài)載荷下,具有明顯的劈裂狀特征,材料自身的特點(diǎn)造成破壞模式的不同。借助具有兩個(gè)主要松弛時(shí)間的朱-王-唐(ZWT)非線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系,建立了酚醛層壓復(fù)合材料的非線性動(dòng)態(tài)本構(gòu)響應(yīng)的模型,在不考慮損傷及熱軟化對(duì)材料力學(xué)性能影響的情況下,利用2組低應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和2組SHPB實(shí)驗(yàn)得到的高應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),擬合得到了本構(gòu)方程的7個(gè)參量—線彈性模量E_1和E_2,松弛時(shí)間間θ1和θ,彈性常數(shù)E0、α和β。比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和本構(gòu)關(guān)系的擬合結(jié)果,發(fā)現(xiàn)擬合曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,說明建立的本構(gòu)模型能夠較好地在大應(yīng)變率范圍內(nèi)描述酚醛層壓復(fù)合材料的力學(xué)行為。利用ω-Γ公式計(jì)算了鈍化黑索今(RDX)的爆壓和爆速,通過作圖法得到了鈍化RDX藥柱與酚醛層壓復(fù)合材料隔板界面處的爆炸沖擊波初始參數(shù)。根據(jù)密實(shí)介質(zhì)中沖擊波衰減規(guī)律,用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到了鈍化RDX爆炸沖擊波在材料隔板中的衰減規(guī)律。根據(jù)建立的酚醛層壓復(fù)合材料本構(gòu)模型,采用AUTODYN軟件對(duì)鈍化RDX爆炸沖擊波在其中的衰減規(guī)律及傳播軌跡進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到爆炸沖擊波受到稀疏波以及隔板材料粘性阻尼損耗的影響,沖擊波強(qiáng)度隨著隔板厚度的增加逐漸下降。采用錳銅壓阻傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)量了鈍化RDX藥柱爆炸沖擊波在不同厚度酚醛層壓復(fù)合材料隔板處的峰值壓力,并以此為基礎(chǔ),計(jì)算得到不同厚度材料隔板處的沖擊波速度、波后質(zhì)點(diǎn)速度和密度,擬合出了沖擊波壓力、速度、波后質(zhì)點(diǎn)速度、密度在隔板材料中的衰減規(guī)律。經(jīng)與經(jīng)驗(yàn)公式、數(shù)值模擬結(jié)果比較,表明采用錳銅壓阻傳感器能夠較準(zhǔn)確地測(cè)量爆炸沖擊波在酚醛層壓復(fù)合材料隔板中傳播時(shí)不同厚度處的峰值壓力。最后,利用壓電式石英傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同數(shù)量雷管在酚醛層壓復(fù)合材料制模具中爆炸沖擊波的峰值壓力,以及紙盒包裝100發(fā)雷管爆炸沖擊波峰值壓力,擬合得到了沖擊波壓力在空氣中衰減規(guī)律。根據(jù)空氣沖擊波超壓對(duì)暴露人員的傷害程度,得到工業(yè)雷管生產(chǎn)線傳送過程模具中有50發(fā)雷管時(shí),避免“中等”、“嚴(yán)重”、“極嚴(yán)重”傷害時(shí)的安全防護(hù)距離。通過定量分析可知,模具對(duì)其中雷管爆炸沖擊波有較好的吸收作用,但是,雷管在模具中爆炸,模具自身形成的破片容易造成二次破壞,在設(shè)定安全防護(hù)距離時(shí)應(yīng)予以考慮。采用升降法得到不同種類盒裝100發(fā)雷管的殉爆安全距離,并分析了其距離不同的原因,指出生產(chǎn)線上預(yù)防整盒雷管殉爆時(shí),不僅要關(guān)注雷管爆炸沖擊波,還應(yīng)考慮雷管熱爆炸氣體的影響。
【圖文】：

試件進(jìn)行了單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，研宄加載應(yīng)變率對(duì)ＰＭＭＡ對(duì)高度為２５ｍｍ填充有聚氨酯發(fā)泡劑的玻璃纖維整體，以測(cè)量該種材料的靜態(tài)力學(xué)性能，，獲得該材料的力寸對(duì)材料力學(xué)響應(yīng)可能產(chǎn)生影響，所以在本章中所有的尺寸相同的試件。實(shí)驗(yàn)所用試件由３７２３酚醛層壓棒為0１３ｍｍｘｌ0ｍｍ，加工時(shí)保持試件兩個(gè)端面間良好的學(xué)性能實(shí)驗(yàn)逡逑實(shí)驗(yàn)在南京理工大學(xué)化工學(xué)院的ＣＭＴ４２５４萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)式，加載壓縮速率根據(jù)試件的高度計(jì)算從而進(jìn)行設(shè)置，ｌ0＿２ｓ－、１．６７ＸＨＴＹ１，每個(gè)應(yīng)變率重復(fù)５次＾邋ＣＭＴ４２５４、塑料等材料，能做到精確控制加、卸載應(yīng)變率，實(shí)

圖２－２準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下不同應(yīng)變率的應(yīng)力－應(yīng)變曲線逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TQ565.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661040