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高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究

以高聚物粘结炸药(PBX)为主的高能复合材料的出现,赋予含能材料(如混合炸药、发射药、推进剂和传爆药等)以更多优良的综合性能,如较高的能量密度、优良的机械性能和较高的安全性能等,在现代国防和国民经济各相关领域获得极为广泛的应用。探讨高能复合材料的结构与性能,为其配方设计提供信息、规律和指导,具有理论和实际双重意义。本文以分子动力学(MD)为主结合量子化学等理论方法,对以PBX为主的多类型高能复合材料,进行了较为系统的模拟和计算,获得了一些有价值的结果。首先,对以TATB为基的聚三氟氯乙烯(PCTFE)粘结炸药(TATB/PCTFE PBX)通过“吸附包覆”型MD模拟,发现添加高聚物于主体炸药中,使其弹性系数和模量减小,表明刚性减小,弹性增大,机械力学性能大为改善;TATB与PCTFE的相互作用较强,多为氢键和范德华作用。还发现在一定范围内,随高聚物PCTFE在PBX中浓度的增加,体系结合能逐渐增大,刚性逐渐减弱,弹性逐渐增强;而  (本文共106页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京理工大学
南京理工大学

高能体系结构和性能的分子动力学研究

以典型硝胺化合物RDX、HMX和固体推进剂中常用氧化剂AP为主体,通过混入高聚物等添加剂构成高聚物粘结炸药(PBX)和固体推进剂模型,用分子动力学(MD)方法,对这些高能混合体系,进行系统的计算和模拟,求得它们的广义结构和性能,为它们的配方设计提供了丰富信息和规律。全文大体包括两部分内容:第一部分研究RDX晶体及其为基的含氟高聚物PBX的结构和性能。在COMPASS力场下对RDX晶体作不同温度(195~445K)的NPT-MD模拟。求得RDX晶体结构、热膨胀系数和力学性能随温度而递变的规律:RDX的晶胞参数和体积均随温度升高而递增;线膨胀系数和体膨胀系数均随温度升高略有上升;弹性系数和(拉伸、体积、剪切)模量均随温度升高而下降,表明体系的刚性随温度升高而下降。将四种典型氟聚物粘结剂:聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、氟橡胶(F_(2311))和氟树脂(F_(2314)),分别置于RDX的(001)、(010)...  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

《含能材料》2017年02期
含能材料

高聚物粘结炸药蠕变行为的近场动力学模拟方法

1引言近场动力学(PD)是一种新的基于非局部思想的无网格方法。在分析破坏问题时有限元、有限差分等传统方法会产生裂纹尖端奇异性,扩展有限元虽然已经解决了很多裂纹扩展和连接问题,但在分析三维裂纹扩展和群裂纹等复杂破坏问题时面临挑战。无网格法消除了网格依赖性,但在模拟断裂时遇到了张力不稳定问题。分子动力学方法也被用来模拟裂纹扩展和连接问题,但存在计算时间长、计算效率低等问题。PD方法兼有分子动力学方法和无网格方法的优点,避免了传统方法在面临不连续问题时的奇异性,又突破了分子动力学方法在计算尺度上的缺陷。因此,该方法在研究损伤、断裂、失稳等问题时具有明显优势。PD方法还有待发展,传统的粘弹性、塑性以及弹、塑、粘性耦合的材料性质在PD本构模型中的表述尚待深入研究[1-3]。沥青、混凝土、高聚物、固体推进剂、高聚物粘结炸药等广泛应用于国民经济建设和国防工业中,在温度和机械载荷的作用下呈现出明显的非线性粘弹性特征,这类材料力学行为的研究越来越...  (本文共7页) 阅读全文>>

《兵工学报》2016年S2期
兵工学报

温度对高聚物粘结炸药模拟材料拉伸性能的影响

0引言高聚物粘结炸药(PBX)是颗粒高度填充的复合材料,一般颗粒相含量高达85%以上。由于PBX炸药具有高爆速、高强度、低感度、良好的物理安定性和机械加工成型等特点,已被广泛用于导弹、反坦克弹和火箭弹等弹药中[1]。研究PBX炸药的损伤和力学性能对于指导其配方和结构设计、评估安全性、预测炸药寿命等都有重要意义[2]。研究发现[3-5],温度和应变率对PBX炸药的力学性能有明显的影响。这方面的工作多见于剑桥大学的Cavendish实验室[6-8]和美国Los Alamos国家实验室[4-5,9-13]的研究。Gray等[4]测量了PBX9501在高应变率(2 000 s-1)压缩条件下的力学性能。在-55℃~+50℃温度条件下,压缩破坏强度随着应变率的增大而增大,而弹性模量随着温度的升高而降低,破坏模式主要是HMX炸药颗粒的穿晶断裂。Govier等[11]在Gray等[4]的研究基础上在相同条件下对比了EDC37的高应变率压缩性能...  (本文共6页) 阅读全文>>

《含能材料》2010年01期
含能材料

高聚物粘结炸药及其涂层的摩擦性能

1引言随着对高聚物粘结炸药工程应用要求提高,炸药部件表面力学性能越来越受到关注,在表面力学性能中,除了PBX表层的力学性能,如弹性模量、硬度等,还包括与其它材料接触时的力学性能,如摩擦性能等。摩擦性能反映了材料与材料之间发生相对运动时在接触面上产生的阻力,对于维持结构稳定性具有重要作用。高分子涂层主要作用是保护PBX炸药部件,涂上涂层后PBX表面的摩擦性能将会发生改变。另外,高分子涂层包括PBX自身还存在老化的问题,老化后材料力学性能会发生改变,摩擦性能也有可能发生变化。在摩擦性能测试方法方面,其他金属或非金属材料摩擦性能已有多项测试标准[1-2]。对于含能材料,只有在美国利弗莫尔国家实验室炸药手册《LLNL Explosives Handbook Properties of ChemicalExplosive Simulants》中对PBX炸药的摩擦系数的测试方法有简单介绍[3]。随着表面科学和材料科学与工程的发展,近20年来...  (本文共5页) 阅读全文>>

《含能材料》2000年01期
含能材料

简单拉伸下高聚物粘结炸药的非线性本构关系

1 引 言在武器工业中高聚物粘结炸药 (PBX)的力学性能特别重要 ,近年来很多学者对PBX在不同温度和应变率下的力学性能或响应进行了研究[1~ 6] 。结果表明 ,PBX的强度随应变率的增加和温度的降低而增加 ,但迄今为止 ,还没有比较合理的本构模型对其力学行为进行描述。在静态载荷下 ,一般采用修正的Ramberg Osgood关系来描述低应变率下PBX的力学行为[7] ,但是 ,该模型不能体现温度和应变率的效应。在较高的应变率下 ,一些研究者也采用Johnson Cook模型来描述其力学行为[5 ] ,但该模型是针对金属材料在高应变率下的力学行为建立的[8] ,当应用于PBX材料时 ,理论与实验结果差异较大 ,这或许与高应变率下PBX材料内部损伤的发展有关。本文基于实验结果 ,建立了PBX在准静态拉伸载荷下同时考虑温度和应变率效应的非线性本构关系。2 修正的Ramberg Osgood关系对两种PBX材料的标准拉伸试件 (d...  (本文共4页) 阅读全文>>