炸药在不同温度下的加载变形机制与损伤统计裂纹模型分析

The project intends to study mechanism of deformation and the brittle-ductile transition of explosives for warhead charge, develop more precise diagnostic measurements, overcome difficulties of explosives low impedance, deformation mechanism are studied systematically by taking plastic bonded explosive JO-9159 as the objects of study at different initial damage, strain rate, different temperatures, under different confining pressure. Based on the ideas, reliable crack statistical methods and microscopic damage parameter that reflects easily the macroscopic mechanical properties can be obtained and influence law of shear band local damage influence on mechanical characteristics is studied.Through analyzing and grasping mechanics mechanism of quasi-static and dynamic loads, transition mechanism and conditionsfor brittle-ductile transition are studied combining continuum damage mechanics with macroscopic damage mechanics, establishing a comprehensive constitutive relation of explosives considering temperature effect, damage internal variables and strain rate. It can provides important theoretical and technical support for structural design of warhead explosive, numerical simulation, formulation design of explosive and scale model simulation test.

本项目拟针对先进常规导弹侵彻战斗部用炸药开展不同温度下的变形机理和裂纹损伤统计模型研究，即选取一种高聚物粘结炸药JO-9159作为研究对象，发展更为精密的诊断测量方法，克服炸药波阻抗低的困难，系统研究其不同应变率、不同温度条件、不同围压状态下的变形机理，获取可靠的裂纹损伤统计方法及能方便反映宏观力学特性的细观损伤参量，研究剪切带局部损伤对其力学特性的影响规律；在充分分析和掌握准静态和动态载荷下其压缩力学响应机制前提下，采用宏细观相结合的方法研究脆韧转变机理和条件，为战斗部装药结构设计、数值仿真、炸药配方设计和缩比模拟考核试验提供重要的理论和技术支撑。

JO-9159是一种典型的颗粒增强复合含能材料，由一定分布的炸药晶体颗粒与少量粘结剂组成，其中炸药晶体颗粒含量常在90%以上。而炸药从受载至失效的过程实质是由炸药晶体颗粒的相对位置变化所引起的颗粒间粘结剂失效比与微结构破坏比的逐渐增长过程。由于炸药内部微结构的复杂性，导致力学响应特征异常复杂。.本项目针对JO-9159炸药开展了准静态加载试验、循环加载试验和动态SHPB试验研究，获得了多个环境温度多种应变率下的应力应变曲线，从材料内部微裂纹形成滑移的物理机制入手，对测得的应力应变曲线的非线性响应进行了分析，建立了关联等效弹性强度模量的损伤统计裂纹模型，并建立了计及损伤、应变率和温度效应的应力应变关系。.配合SEM扫描等细观观测手段，确定了基于裂纹长度和单位面积裂纹条数的损伤参量，给出了裂纹密度随应变的线性变化规律。同时，基于损伤形貌显微观测技术与高速摄影技术，对JO-9159柱状构型样品在单轴加载下的韧脆破坏模式转换进行了研究，通过对测量数据的理论分析给出了韧脆转换条件。.采用DIC散斑技术，对加载过程中材料样品的变形进行了照相，发现不同温度下，样品变形机制的变化，随着温度上升，材料滑移变形的角度逐渐减小，破坏模式也由脆性向韧性过渡，在330K时基本以滑移破坏为主。.采用物质点方法开展了数值模拟工作，编制计算程序，给出在外载荷下 PBX 损伤演化和裂纹扩展的数值结果。开展了霍普金斯杆试验的数值模拟研究，计算了围压下采用液体与气体的差异，对于液体材料围压，液体的存在大大限制了被研究样品的横向变形，故研究以偏应变、应力破坏规律，宜以采用气体实现围压为主。.本研究成果获得了典型PBX炸药JO-9159炸药在不同环境温度不同应变率下力学响应特性的深入认识，为武器装药在不同工况环境下安全性评估提供数据基础与技术支持。