新型贫铀复合材料冲击诱导燃爆的失稳机理研究

How to exploit effectively the nuclear waste of depleted uranium is today's advanced topics. New depleted uranium composite materials are compounded with the depleted uranium alloy and nonmetal.And they are metastability materials, with a high density, chemical reactivity and impact-induced reaction charateristics . But in its recipe design and application, the difficult points which encountered are the instability of impact-induced reactions, the security under impact conditions and the blasting efficiency. These sides restrict seriously the depleted uranium research progress of composite materials. Therefore, this project will carry out the instability mechanism of impact-induced reactions on a new composite material, through the impact loading experiment, the theoretical analysis and numerical simulation method. The contents include: ① The influence law of dynamic behavior of materials and micro-characteristics with the different composition and heat treatment process of materials; ② The research of typical composite material impact reaction explosion characteristics, and the law of induced reactions with different impact velocity, dynamic features of materials and fragmentation and the environmental conditions; ③ The parameter characterization of impact-induced instability, the impact-induced reaction model, the prescription optimization design method of composite materials. The research results will provide an important theoretical foundation and scientific basis for the material development and application, and promote multidisciplinary development further.

如何更好地开拓应用贫铀核废料是当今的前沿性课题。新型贫铀复合材料是通过贫铀合金与非金属复合而成的一种亚稳态材料，具有密度高、化学性能活泼和冲击燃爆反应等特性。但在其配方设计和应用中所遇到的难点是，冲击反应的不稳定性、冲击条件下的安全性与冲击燃爆的高效性，这些严重制约着该贫铀复合材料的研究进展。为此，本项目拟通过冲击加载实验、理论分析与数值仿真相结合的方法，开展新型贫铀复合材料冲击诱导燃爆反应的失稳机理研究，主要包括：①研究材料组分配比度、热处理工艺等对材料动力行为与微细观特性的影响规律；②研究典型复合材料冲击反应的燃爆特性，获得不同冲击速率、材料动力特性、破碎性及环境条件对冲击诱导反应的影响规律；③冲击反应的失稳过程的参量表征及冲击诱导燃爆反应的模型建立，材料配方优化设计方法。所研究结果可为该材料的研制与应用提供重要的理论基础和科学依据，促进多学科的交叉发展。

本项目新型贫铀材料因其高密度及其优越的冲击燃爆反应等性能，在强动载荷下体现出强侵彻性和显著的冲击反应后效。新型贫铀材料冲击诱导燃爆的失稳机理的研究，围绕贫铀材料优越的冲击燃爆特性与当今贫铀核废料急需更好地开拓应用的背景，通过冲击加载实验、理论分析与数值仿真相结合的方法，主要研究了典型配方贫铀材料动力响应行为，获得了主要力学性能参数并拟合了材料本构参数；建立了冲击反应基材的高应变率本构模型，并通过仿真手段研究了关联材料细观特征的复合材料宏观性能方法，建立了基于真实细观特性统计模型的宏观力学性能模拟方法；研究了典型贫铀材料的物化性能及反应关联特性研究，获得了材料的微细观特征、差热-热重（DTA-TG）以及反应产物的X射线衍射（XRD）图谱，这些为材料的冲击反应机理研究、材料特性分析、配方设计等提供了重要的科学数据；通过霍普金斯压杆、Taylor试验研究，获得了动载荷与材料失稳反应的相关性，得到了不同加载方式下临界压力、冲击速率以及吸能的综合反应阈值；通过弹道试验进一步验证了该类材料优越的弹道特性，显示出较惰性破片极强的破口面积和后效作用，基于燃爆区压力测试，获得了密闭箱内冲击反应典型的三区作用特征，揭示了破片撞击升温、摩擦生热进而发生燃爆反应的作用机理。所研究结果可为该材料的研制与应用提供重要的理论基础和科学依据，同时促进多学科的交叉发展。