【摘要】：高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)因優(yōu)異的綜合性能廣泛用于火箭推進劑和武器戰(zhàn)斗部,其力學(xué)性能得到極大關(guān)注。細(xì)觀層次的實驗研究與數(shù)值模擬層出不窮,但理論研究仍主要停留在宏觀層面�；谶B續(xù)介質(zhì)力學(xué)的宏觀唯象類本構(gòu)無法揭示材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀響應(yīng)的內(nèi)在關(guān)系,發(fā)展細(xì)觀力學(xué)方法預(yù)測PBX的力學(xué)性能具有重要意義。將PBX的理論研究深入到細(xì)觀層次能更好地了解其宏觀力學(xué)行為,也是研究的必然趨勢。探究了細(xì)觀力學(xué)界限法和經(jīng)典解析法預(yù)測PBX有效彈性模量的適用性。由于PBX顆粒含量極高(80%)、顆粒與粘結(jié)劑模量相差3～4個數(shù)量級、粒徑分布廣(1μm～1000μm),無論界限法還是解析法都無法對其有效模量作出合理估計。組分彈性常數(shù)的參數(shù)化分析表明,炸藥顆粒性能對PBX有效模量的影響不大,而粘結(jié)劑性能對整體有效性能有很大影響。在經(jīng)典細(xì)觀力學(xué)基礎(chǔ)上,初步提出應(yīng)變集中張量修正法與Eshelby張量修正法,分別考慮顆粒間相互作用與顆粒形貌的影響。在細(xì)觀力學(xué)方法中引入零厚度彈簧界面模型,以退化因子的形式研究顆粒/粘結(jié)劑弱界面對PBX有效彈性性能的弱化作用。界面法向柔度參數(shù)與切向柔度參數(shù)分別獨立影響著體積模量與剪切模量,柔度參數(shù)越大,對應(yīng)模量退化越嚴(yán)重;炸藥顆粒含量越高,弱界面影響越大。計算中,含弱界面復(fù)合體有效性能的退化主要由附加應(yīng)變與Eshelby張量的修正引起。然而,對于PBX材料,可以僅考慮附加應(yīng)變的影響,忽略Eshelby張量的修正,從而推導(dǎo)出的簡化公式與原方法的預(yù)測結(jié)果十分吻合。根據(jù)PBX的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征,將PBX視為由等效顆粒(包覆著粘結(jié)劑的炸藥晶體)構(gòu)成的“偽多晶體”,不含基體相,引入孔洞等缺陷和顆粒的尺寸特征,提出了偽多晶法預(yù)測PBX的有效模量。將其應(yīng)用于PBX9501與X0242,精度上有較大提升,并且適用于不同粒徑分布的炸藥配方。采用代表性體積單元研究了顆粒分布形式、顆粒形貌對PBX有效彈性模量的影響。隨著顆粒含量的上升,顆粒形貌和分布形式的影響逐漸增強,有必要更精準(zhǔn)地刻畫PBX的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征。不規(guī)則多邊形顆粒的Voronoi模型更接近于PBX的真實細(xì)觀形貌,并且顆粒含量隨意調(diào)控,能較好地預(yù)測PBX的有效彈性模量。在此基礎(chǔ)上提出粘結(jié)劑雜化法考慮細(xì)顆粒對有效性能的影響,初步發(fā)展了 PBX的雙分布模型。細(xì)顆粒實體的構(gòu)建使RVE內(nèi)部易于形成應(yīng)力橋,抑制結(jié)構(gòu)的局部變形,從而提高整體剛度。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ560.1
【圖文】：

ＰＢＸ結(jié)構(gòu)在細(xì)觀層次的解讀對于材料損傷失效的認(rèn)識、力學(xué)模型的構(gòu)建以及新型炸逡逑藥配方的設(shè)計都將大有裨益。通過各種先進的觀測技術(shù)，能充分揭示ＰＢＸ的真實細(xì)觀逡逑結(jié)構(gòu)。圖１．１ａ中給出了邋ＨＭＸ顆粒壓制前的細(xì)觀形貌，它們是大小不一的不規(guī)則多面體，逡逑而并非傳統(tǒng)數(shù)值建模中理想化的圓球形。壓制前的炸藥晶體表面相對完好，沒有裂紋等。逡逑將炸藥晶體浸入與其折射率相匹配的溶液中，用光學(xué)顯微鏡觀察，可以看到晶體內(nèi)部有逡逑很多孔穴、氣泡等初始缺陷，見圖１．１ｂ。逡逑ＢＩ邋＿漏逡逑．ｉ}鑮沐義賢跡保卞澹ǎ幔╁澹齲停乜帕＃保保常卞澹ǎ猓╁澹齲停鼐逯械娜畢藎保保矗卞義系ブ收ㄒ┏尚托閱懿睿謎辰峒漣艙ㄒ┚ЯＶ瞥稍煨頭酆蟾子諮怪瞥篩咧柿康膩義希靛義

本文編號：2715682