【摘要】：高聚物粘結(jié)炸藥(Polymer Bonded Explosives,PBX)是武器殺傷,破壞和動力能源的關(guān)鍵性材料,現(xiàn)代武器系統(tǒng)發(fā)展迅速,PBX作為其重要組成部分,其安全性問題十分重要,PBX的損傷、斷裂等力學(xué)性能的研究也越來越受到重視,需要從多角度出發(fā),綜合運(yùn)用理論,試驗(yàn),數(shù)值模擬的方式進(jìn)行相關(guān)研究,而宏細(xì)觀耦合數(shù)值模擬是連接材料宏觀響應(yīng)和細(xì)觀機(jī)理的有效手段,因此本文關(guān)于高聚物粘結(jié)炸藥的細(xì)觀及宏細(xì)觀耦合裂紋擴(kuò)展的研究對其力學(xué)特性的探索具有重要意義。本文的主要研究對象為PBX炸藥。本文首先研究PBX炸藥的本構(gòu)關(guān)系以及裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則,并確定了利用擴(kuò)展有限單元法來對PBX構(gòu)件進(jìn)行裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬,根據(jù)PBX材料在光學(xué)顯微鏡下的實(shí)際細(xì)觀結(jié)構(gòu),通過matlab平臺編寫程序建立Voronoi模型以及隨機(jī)顆粒模型,然后通過Python語言導(dǎo)入有限元軟件中生成結(jié)構(gòu)的細(xì)觀有限元模型。其次,使用前述所建立的PBX材料細(xì)觀有限元模型對炸藥裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行數(shù)值模擬,分析不同細(xì)觀結(jié)構(gòu)、載荷形式、顆粒含量等對PBX材料力學(xué)性能的影響,得到PBX細(xì)觀模型的裂紋擴(kuò)展規(guī)律。最后,通過建立PBX炸藥三點(diǎn)彎曲梁,三點(diǎn)彎曲拱,巴西圓盤的宏觀及宏細(xì)觀耦合模型,利用擴(kuò)展有限單元法對模型變形過程中裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行數(shù)值模擬,得到PBX宏觀及宏細(xì)觀耦合模型的裂紋擴(kuò)展規(guī)律以及斷裂失效的臨界載荷,對比分析兩類模型的斷裂特性,進(jìn)一步闡明細(xì)觀結(jié)構(gòu)對PBX炸藥宏觀性能的重要意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)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】：

圖 1-1 LosAlamos 使用的模型rdenhagen[17]等采用界面脫粘算法和摩擦接觸模擬了 形，同時研究分析了炸藥顆粒隨機(jī)分布時，由于材料現(xiàn)象。Chidester[18]等設(shè)計了多種不同形狀的彈頭，包頭，研究了彈丸的彈頭形狀對炸藥低速撞擊起爆的影anerjee[19]等用遞歸法（RCM）對不同組分體積分?jǐn)?shù)，炸藥進(jìn)行了模擬，Rae[20]對 PBX9501 炸藥內(nèi)部微結(jié)構(gòu)了研究，使用高分辨率莫爾干涉儀來觀察到裂紋擴(kuò)展長直邊運(yùn)行，避免通過了細(xì)填料和粘合劑區(qū)域，爆炸播或內(nèi)部缺陷而斷裂。nfschiling[21]從細(xì)觀力學(xué)角度對 PBX 炸藥進(jìn)行了數(shù)值拉伸載荷作用下的界面脫粘現(xiàn)象，研究表明脫粘炸藥PBX 宏觀力學(xué)性能與試驗(yàn)大致相符。Grantham[22]等果，提取 PBX 圓盤試樣中心點(diǎn)從初始狀態(tài)到最終劈擬合得到了中心點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系，如圖 1-2 所實(shí)驗(yàn)，擬合得到的圓盤中心應(yīng)力應(yīng)變曲線吻合較好。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 Tan[23]采用改進(jìn)型數(shù)字圖像相關(guān)方法和緊湊型拉伸實(shí)驗(yàn)來粘過程，得到了宏觀裂紋尖端的應(yīng)力場和位移場，同時通過 ，將炸藥細(xì)觀界面脫粘現(xiàn)象和宏觀拉伸試驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系起來，提粘細(xì)觀損傷模型，如圖 1-3 所示，此模型可較為真實(shí)的反映炸發(fā)生的過程。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文表 2-2 粘結(jié)劑粘彈性材料參數(shù)035187 0.054498 0.082487 0.116515 0.016084 0.21202450E-15 1.50E-14 1.50E-13 1.50E-12 1.50E-11 1.50E-10103845 0.024344 0.005975 0.012144 2.20E-04 1.03E-0450E-08 1.50E-07 1.50E-06 1.50E-05 1.50E-04 1.50E-0359E-05 5.36E-05 4.13E-05 3.14E-06 1.76E-05 7.35E-0650E-011.50E+001.50E+011.50E+021.50E+031.50E+04裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則采用裂尖最大周向拉應(yīng)力準(zhǔn)則，t 表示粘度，fG 表示斷裂能，sW 表示臨界張開位移。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2745864