热-力作用下非均相PBX炸药微损伤愈合机理研究

作为武器系统战斗部中的关键能量部件材料，高聚物粘接炸药（PBX）在生产储运过程中产生的各类损伤将直接影响武器系统的结构可靠性和安全性。由于PBX具有含能敏感和颗粒高度填充的特点，其损伤形成和愈合机制不同于一般的复合材料。本项目重点开展后处理过程中热力耦合作用下的非均相炸药材料微损伤的愈合模型和机理研究。拟以温压时效处理技术为基础，利用SEM、AFM和μCT等微观损伤表征技术，结合有限元方法研究微损伤愈合过程中损伤区的结构、形貌、应力等变化情况，分析炸药的损伤愈合模式；结合细观力学和连续介质力学相关理论知识，综合分析炸药微损伤愈合过程中的炸药晶体扩散、高分子粘结剂渗透及界面粘结力改变等现象，探讨一种复合型的炸药微损伤愈合模型和机理。以期丰富炸药材料损伤理论，为含损伤炸药件的工程再应用提供理论及技术支持。

高聚物粘接炸药（PBX）是一种晶体颗粒高度填充的复合材料，具有粘弹性特性，经热力加载使其加速蠕变，可以起到提高炸药件致密化程度，改善内部质量及增强抗破坏能力的作用。本项目通过围压加载条件下的HMX基PBX炸药蠕变规律研究，确定了愈合试验方法及试验参数。通过开展基于CT、SEM、显微镜、超声、力学性能及整体密度测试的综合性的炸药损伤及损伤愈合程度表征方法研究，掌握了损伤区愈合前后炸药晶体、高分子粘结剂及两者界面的结构、形貌变化规律，初步建立了基于裂缝宽度及材料密实程度的炸药件损伤愈合表征方法，掌握了PBX炸药表面及内部微损伤愈合规律，以及炸药件损伤愈合后的性能变化规律，弥补了相关研究微观表征不足的现状，为提高炸药产品质量提供研究基础。通过数值模拟方法探索研究，掌握了损伤愈合过程对损伤区应力应变场的影响，以及热力载荷作用下，PBX内部应力、应变分布及孔洞变形等过程。综合试验、微观表征及数值模拟结果，提出了HMX基PBX炸药的损伤愈合机理，为炸药材料在成型及工程应用过程中的损伤控制提供参考，为含损伤炸药件的工程再应用提供理论依据。