發(fā)布時間：2020-06-16 06:36

【摘要】：高聚物粘結炸藥(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,其力學性能得到極大關注。細觀層次的實驗研究與數值模擬層出不窮,但理論研究仍主要停留在宏觀層面�；谶B續(xù)介質力學的宏觀唯象類本構無法揭示材料細觀結構與宏觀響應的內在關系,發(fā)展細觀力學方法預測PBX的力學性能具有重要意義。將PBX的理論研究深入到細觀層次能更好地了解其宏觀力學行為,也是研究的必然趨勢。探究了細觀力學界限法和經典解析法預測PBX有效彈性模量的適用性。由于PBX顆粒含量極高(80%)、顆粒與粘結劑模量相差3～4個數量級、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。組分彈性常數的參數化分析表明,炸藥顆粒性能對PBX有效模量的影響不大,而粘結劑性能對整體有效性能有很大影響。在經典細觀力學基礎上,初步提出應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。在細觀力學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。界面法向柔度參數與切向柔度參數分別獨立影響著體積模量與剪切模量,柔度參數越大,對應模量退化越嚴重;炸藥顆粒含量越高,弱界面影響越大。計算中,含弱界面復合體有效性能的退化主要由附加應變與Eshelby張量的修正引起。然而,對于PBX材料,可以僅考慮附加應變的影響,忽略Eshelby張量的修正,從而推導出的簡化公式與原方法的預測結果十分吻合。根據PBX的細觀結構特征,將PBX視為由等效顆粒(包覆著粘結劑的炸藥晶體)構成的“偽多晶體”,不含基體相,引入孔洞等缺陷和顆粒的尺寸特征,提出了偽多晶法預測PBX的有效模量。將其應用于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,有必要更精準地刻畫PBX的細觀結構特征。不規(guī)則多邊形顆粒的Voronoi模型更接近于PBX的真實細觀形貌,并且顆粒含量隨意調控,能較好地預測PBX的有效彈性模量。在此基礎上提出粘結劑雜化法考慮細顆粒對有效性能的影響,初步發(fā)展了 PBX的雙分布模型。細顆粒實體的構建使RVE內部易于形成應力橋,抑制結構的局部變形,從而提高整體剛度。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ560.1
【圖文】：

ＰＢＸ結構在細觀層次的解讀對于材料損傷失效的認識、力學模型的構建以及新型炸逡逑藥配方的設計都將大有裨益。通過各種先進的觀測技術，能充分揭示ＰＢＸ的真實細觀逡逑結構。圖１．１ａ中給出了邋ＨＭＸ顆粒壓制前的細觀形貌，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，用光學顯微鏡觀察，可以看到晶體內部有逡逑很多孔穴、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�，又i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