【摘要】：高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)由于相對優(yōu)越的爆轟性能和安全性能,在武器彈藥領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛,其構(gòu)件作為毀傷武器的關(guān)鍵部件,不僅需要提供能量,還需作為結(jié)構(gòu)件承受裝配、儲運過程中的力學(xué)載荷。工程中炸藥構(gòu)件的意外破壞偶有發(fā)生,影響著武器系統(tǒng)的使用安全性和毀傷功能實現(xiàn),研究PBX炸藥的變形與破壞規(guī)律意義重大。本文針對炸藥構(gòu)件裝配和儲運環(huán)境下(準(zhǔn)靜態(tài)平衡力)的變形破壞問題,以一種TATB基PBX炸藥為研究對象,基于各向同性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)研究了準(zhǔn)靜態(tài)(10-7 s-1～10s-1)下的本構(gòu)模型和強度準(zhǔn)則問題。PBX炸藥準(zhǔn)靜態(tài)下的變形在工程上可視為非線性彈性變形和長時蠕變變形兩個部分,研究中采用非線性彈性本構(gòu)模型和蠕變本構(gòu)模型疊加組合的方式建立了 TATB基PBX炸藥的準(zhǔn)靜態(tài)本構(gòu)模型,并實現(xiàn)了在數(shù)值模擬中的應(yīng)用。非線性彈性本構(gòu)模型的研究在試驗測試和本構(gòu)特性分析的基礎(chǔ)上,解決了拉壓一起考慮時本構(gòu)曲線的非線性問題,基于Boltzmann函數(shù)建立了拉壓四/雙參數(shù)本構(gòu)模型;研究表明雙參數(shù)模型已能很好地滿足工程需要,模型參數(shù)少且無須擬合,工程實用性強;四參數(shù)模型可描述PBX-9502、LX-17、PBX-9501及EDC-37等典型PBX炸藥,聚砜樹脂、碳纖維環(huán)氧樹脂、鑄鐵及銅基合金等非炸藥材料的本構(gòu)行為,普適性較強;基于ANSYS軟件的UPFs功能實現(xiàn)了雙參數(shù)Boltzmann本構(gòu)模型進行了嵌入開發(fā),結(jié)合巴西圓盤和缺口圓柱試驗,驗證了雙參數(shù)本構(gòu)模型應(yīng)用于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時的適應(yīng)性。蠕變本構(gòu)模型在元件模型的局限性分析基礎(chǔ)上,基于修正時間硬化理論建立了 PBX炸藥的蠕變本構(gòu)數(shù)學(xué)模型;依據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定了拉伸/壓縮蠕變的模型參數(shù)及適用范圍,并在有限元軟件中完成了數(shù)值實現(xiàn);同時根據(jù)不同溫度下直接破壞、蠕變破壞以及蠕變后破壞的破壞應(yīng)力/應(yīng)變的定量分析結(jié)果,獲得了單軸應(yīng)力下“當(dāng)一點總應(yīng)變達到臨界值時即可視為破壞,而不論是載荷直接引起的應(yīng)變還是時溫誘發(fā)蠕變引起的應(yīng)變”這一重要結(jié)論,這對于建立考慮粘彈性影響的炸藥多參數(shù)強度準(zhǔn)則數(shù)學(xué)模型具有重要意義。強度準(zhǔn)則的研究根據(jù)是否考慮材料粘彈性分為兩個部分,前者針對PBX炸藥還未建立綜合考慮靜水壓力及三向主應(yīng)力影響強度準(zhǔn)則的問題,在總結(jié)強度理論發(fā)展簡史和炸藥強度研究進展的基礎(chǔ)上,基于端部約束壓潰/拉潰試驗考核分析了炸藥材料的中間主應(yīng)力效應(yīng)和靜水壓力效應(yīng),基于雙剪統(tǒng)一強度理論建立了 TATB基PBX炸藥的應(yīng)力強度準(zhǔn)則數(shù)學(xué)模型,達到了巖石類材料的強度認(rèn)知水平。另外由于粘彈性的影響,PBX炸藥的強度在試驗過程中體現(xiàn)出了與時溫相關(guān)的特性,而目前強度理論對此尚未進行過系統(tǒng)論述,考慮粘彈性的強度準(zhǔn)則模型研究工作提出了把材料粘彈性體現(xiàn)到主應(yīng)變的變化上,視三向主應(yīng)變?yōu)樽兞?隨蠕變變化)建立粘彈性強度準(zhǔn)則的思路,獲得了粘彈性應(yīng)變五參數(shù)強度準(zhǔn)則模型。同時,研究中通過炸藥模擬材料的常規(guī)三軸/真三軸破壞試驗,探索了炸藥材料不同圍壓下的強度邊界,掌握了炸藥圍壓加載測試中的關(guān)鍵技術(shù),最終研制了 PBX炸藥主動圍壓試驗裝置,實現(xiàn)了 0～30MPa的圍壓加載和20℃～60℃的溫度加載,開展了不同溫度和圍壓下PBX炸藥的復(fù)雜應(yīng)力強度試驗,接著在適應(yīng)性分析的基礎(chǔ)上,建立了 TATB基PBX及模擬材料的分段應(yīng)力五參數(shù)強度準(zhǔn)則,并根據(jù)描述精度的物理意義及空間幾何意義,建立了實際極軸與理論極軸比表征描述精度的方法,評估了準(zhǔn)則的描述精度,得到了 π平面上的包絡(luò)線和應(yīng)力空間中的包絡(luò)面。需要指出,本研究還存在諸如本構(gòu)模型不能描述強度失效后的力學(xué)行為,模型參數(shù)適用范圍還有待拓寬,以及廣義拉伸應(yīng)力狀態(tài)下強度準(zhǔn)則的描述精度尚不能評估等問題。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ560.1
【圖文】：

Ｗ丨．？論文邐ＴＡＴＢ叢ＰＢＸ炸藥的準(zhǔn)靜態(tài)木構(gòu)模哨與強度準(zhǔn)則逡逑的力學(xué)性能研究成果，２０１０年ＬＬＮＬ和２０１４年ＬＡＮＬ分別報道了邋ＬＸ－１７和ＰＢＸ－９５０２逡逑炸藥的長時蠕變試驗數(shù)據(jù)（圖１．５）。逡逑２８１邐邋邐邐邐逡逑

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【參考文獻】

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本文編號：2720377