【摘要】：混合炸藥因綜合性能優(yōu)良而被廣泛用于國防武器系統(tǒng)中,而炸藥在長期貯存過程中受環(huán)境因素影響出現(xiàn)性能下降甚至失效等老化問題。因此,研究這類炸藥的老化機(jī)理對武器系統(tǒng)安全貯存壽命的研究具有重要的參考價值。本文圍繞混合炸藥加速老化后的安全貯存壽命,結(jié)合分子動力學(xué)(MD)模擬和試驗(yàn)分析兩種方法研究炸藥在老化過程中的性能變化規(guī)律和失效機(jī)理,主要研究工作如下:首先,本文采用NVT系綜和COMPASS力場對RDX/BR雙組分體系在不同溫度下(245 K,295 K,345 K,395 K,445 K)進(jìn)行MD模擬,分析溫度對其力學(xué)性能、N-NO2引發(fā)鍵、內(nèi)聚能密度(CED)和結(jié)合能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著溫度的升高,該體系的延展性和塑性較好,韌性減弱,感度增大,熱穩(wěn)定性也逐漸減小。其次,以某一混合炸藥為研究對象,開展不同貯存溫度和時間條件下的加速老化試驗(yàn),研究了質(zhì)量、體積、力學(xué)性能和機(jī)械感度等性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明,隨時間的增加和溫度的升高,藥柱質(zhì)量逐漸減小,體積先膨脹后逐漸收縮,但兩者變化率均小于1%;老化后抗壓強(qiáng)度均有不同程度的提高,而藥柱的韌性降低;撞擊感度逐漸降低,而摩擦感度總體也趨于降低,80 ℃時出現(xiàn)小幅度地回升,與MD模擬的感度有出入,分析其原因主要是MD模擬中未考慮蠟鈍感劑對體系感度的影響。在掌握了炸藥性能變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,采用熱重(TG)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)等現(xiàn)代分析技術(shù)對炸藥失效機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,其失效機(jī)理主要是由于BR橡膠的性能老化和蠟鈍感劑的熱損失造成的。在加速老化過程中蠟的熱損失和BR中水分和低分子量組分的揮發(fā)造成藥柱質(zhì)量減少,最終因失重率超過MIL-STD-1751規(guī)定的1%水分而失效;BR氧化交聯(lián)導(dǎo)致BR變硬發(fā)脆,由此造成炸藥剛性增加、粘彈性變差,使藥柱因破碎而失效;在70 ℃以下貯存時BR的交聯(lián)和蠟的軟化起到鈍感作用,但80 ℃老化后期炸藥中蠟的熱損失量增加和BR變硬增加了顆粒間的摩擦而引起摩擦感度升高,導(dǎo)致炸藥因安全性能降低而失效。最后,以藥柱的失重率作為失效判據(jù),選擇Arrhenius模型預(yù)估混合炸藥的安全貯存壽命,計算得到炸藥在常溫下(20 ℃)的貯存壽命為15.3年,為武器彈藥老化和貯存壽命的研究提供一定的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ560.1
【圖文】：

２．２模型構(gòu)建和模擬細(xì)節(jié)逡逑２．２．１模擬組分的選擇逡逑環(huán)三亞甲基三硝胺（黑索今）即ＲＤＸ，化學(xué)式為Ｃ３Ｈ６Ｎ６０６，分子結(jié)構(gòu)如圖２．１，密逡逑度１．８２邋ｇ／ｃｍ３，是一種典型的六元雜環(huán)硝胺類單體猛炸藥。因?yàn)椋遥模鼐哂心芰扛�，威力逡逑大，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，常被作為混合炸藥、發(fā)射藥和推進(jìn)劑的主炸藥。逡逑單一組分的含能材料因感度較高，力學(xué)性能和相容性較差而不直接使用。因此，在實(shí)際逡逑使用中常加入高分子材料如粘結(jié)劑、鈍感劑、增塑劑等助劑改善炸藥的性能。逡逑丫逡逑ｒ逡逑圖２．１邋ＲＤＸ分子結(jié)構(gòu)逡逑混合炸藥中可以加入的粘結(jié)劑種類豐富，炸藥配方中常用的粘結(jié)劑包括含氟高分子、逡逑聚氨酯彈性物、橡膠和彈性體、有機(jī)硅高分子等。其中，順丁橡膠（ＢＲ）作為目前世逡逑９逡逑

２．２模型構(gòu)建和模擬細(xì)節(jié)逡逑２．２．１模擬組分的選擇逡逑環(huán)三亞甲基三硝胺（黑索今）即ＲＤＸ，化學(xué)式為Ｃ３Ｈ６Ｎ６０６，分子結(jié)構(gòu)如圖２．１，密逡逑度１．８２邋ｇ／ｃｍ３，是一種典型的六元雜環(huán)硝胺類單體猛炸藥。因?yàn)椋遥模鼐哂心芰扛�，威力逡逑大，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，常被作為混合炸藥、發(fā)射藥和推進(jìn)劑的主炸藥。逡逑單一組分的含能材料因感度較高，力學(xué)性能和相容性較差而不直接使用。因此，在實(shí)際逡逑使用中常加入高分子材料如粘結(jié)劑、鈍感劑、增塑劑等助劑改善炸藥的性能。逡逑丫逡逑ｒ逡逑圖２．１邋ＲＤＸ分子結(jié)構(gòu)逡逑混合炸藥中可以加入的粘結(jié)劑種類豐富，炸藥配方中常用的粘結(jié)劑包括含氟高分子、逡逑聚氨酯彈性物、橡膠和彈性體、有機(jī)硅高分子等。其中，順丁橡膠（ＢＲ）作為目前世逡逑９逡逑

圖２．３邋ＲＤＸ的原始晶胞（ａ）和（２ｘ２ｘ３）邋ＲＤＸ超晶胞（ｂ）逡逑根據(jù)試驗(yàn)樣品的要求，即粘結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為５％，取順丁橡膠（ＢＲ）分子的鏈節(jié)逡逑數(shù)ｎ＝１７，分子鏈數(shù)為１，端基用一Ｈ加以飽和，初始結(jié)構(gòu)式如圖２．４邋（ａ）。將搭建的高逡逑聚物模型運(yùn)用Ｄｉｓｃｏｖｅｒ模塊，以Ｃｏｍｐａｓｓ力場進(jìn)行ＭＤ模擬。首先進(jìn)行１００００步的最逡逑小優(yōu)化（Ｍｉｎｉｍｉｚｅ），使其能量降低。然后在ＮＹＴ系綜下，采用Ａｎｄｅｒｓｏｎ控溫器，溫逡逑度設(shè)定為２９８邋Ｋ，時間步長為１．０邋ｆｓ，總模擬時間為２．５邋ｎｓ，獲得的最終構(gòu)象為ＢＲ分子逡逑的模擬平衡構(gòu)象，見圖２．４邋（ｂ）。逡逑１１逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2761197