非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟
傅华, 李克武, 李涛, 刘仓理, 彭金华
2016, 36(1): 17-23. doi: 10.11883/1001-1455(2016)01-0017-07
采用离散元方法,构建了考虑PBX炸药晶体颗粒与黏结剂非均匀性的计算模型,通过在炸药试样两端采用相向飞片加载、将原SHPB实验的应力边界替代为速度边界的方法,开展了PBX炸药的动态压缩数值模拟研究,再现了考虑PBX炸药非均质特性的SHPB实验过程,获得了不同加-卸载路径下炸药应力应变曲线以及相应的损伤破坏图像。模拟结果表明:在动态压缩过程中,虽然PBX炸药处于整体应力平衡,由于PBX高度非均质性,内部应力分布并不均匀,晶体间应力以应力桥形式传递;应力曲线为试样整体平均,试样内局部所受真实应力可能高于曲线峰值应力;出现卸载回滞曲线的试样发生局部损伤破坏,而完全软化曲线的试样发生整体失稳破坏。
关键词: 固体力学, 动态压缩, 离散元方法, PBX炸药, SHPB实验
单轴压缩下2种PBX炸药的动态变形损伤及其温升效应
李涛, 傅华, 李克武, 谷岩, 刘仓理
2017, 37(1): 120-125. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0120-06
通过炸药单轴压缩实验,利用高速摄影和高速红外热像仪,对2种典型PBX炸药变形损伤过程和温升效应进行了实时观测。实验结果表明,2种典型PBX炸药的损伤以及温升效应表现出明显差别:低粘结剂含量的炸药表现出明显的脆性特征,材料应力应变曲线中的应变软化阶段是伴随着材料损伤的演化过程,最终的失稳破坏导致样品中贯穿裂纹的形成,非均匀的裂纹分布对应于局部高温带的出现; 高粘结剂含量的炸药表现出明显的韧性特征,材料应力应变曲线未出现应变软化现象,变形损伤分布较均匀,但剪切方向出现网络状的温升分布。
关键词: 固体力学, 损伤, 温升效应, 单轴压缩, 塑料粘结炸药
爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变
郭昭亮, 范诚, 刘明涛, 任国武, 汤铁钢, 刘仓理
2017, 37(6): 1072-1079. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08
考虑断面收缩率、局域断裂应变以及平均断裂应变,并基于电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验平台,研究了高纯无氧铜(TU1)环及柱壳在高应变率载荷下的膨胀断裂行为。采用高速摄影技术拍摄柱壳外壁的膨胀断裂形貌演化过程,用于确定柱壳平均断裂应变;利用激光干涉测速技术获得样品径向膨胀速度历史,用于确定加载应变率;利用样品的全回收测量及微观表征,确定了无氧铜环、柱壳的局域断裂应变及断裂模式。实验表明,随着应变率的增加,TU1材料的平均断裂应变增加,断面的收缩程度加剧,并在应变率约为1.0×104 s-1附近会出现明显的断裂模式转变,断面收缩率出现量级上的跳跃,从100变化至约103,局域断裂应变呈现明显的分区现象。
关键词: 颈缩, 断裂, 膨胀环, 高应变率, 断裂应变
膨胀柱壳恒定应变率的本构关系
郭昭亮, 任国武, 张世文, 汤铁钢, 刘仓理
2016, 36(5): 583-589. doi: 10.11883/1001-1455(2016)05-0583-07
考虑到金属柱壳膨胀过程中随机裂纹萌生对测试结果的可能干扰,设计了预置有中心穿透圆孔的柱壳样品,采用多普勒光纤探针测量系统获得了柱壳外壁更优的径向速度历史。基于膨胀柱壳实验中固有的非恒定应变率现象,研究了获得恒定应变率下本构方程的方法,并采用改进后的本构方程确定方法,获得了20钢恒定应变率下的应力应变关系。
关键词: 固体力学, 本构方程, 多普勒光纤探针, 膨胀柱壳, 恒定应变率
柱壳约束对散心冲击波空间分布的影响
张世文, 龙建华, 贾宏志, 刘仓理
2018, 38(2): 345-352. doi: 10.11883/bzycj-2016-0214
结合实验和数值模拟,研究了散心冲击波在金属柱壳约束下沿有机玻璃内部的空间分布。进行了点起爆柱状炸药驱动飞片加载实验,采用Polyvinylidence Fluoride (PVDF)测试方法对有机玻璃内部的压力进行测试。实验结果显示:在冲击波传播过程中,在特定传播距离处,离中心轴越近,冲击波第一幅值压力越小,这是因为散心冲击驱动飞片成前凸形状,在飞片飞行过程中与有机玻璃碰撞面积越来越大,在远离对称轴部位冲击压力叠加累积效应更强引起的;但在随后的冲击波传播过程中,由于受到柱壳约束影响,离对称轴越近,冲击波幅值越小,这是由散心冲击波在约束柱壳边界反射与冲击波波阵面叠加的结果。通过对炸药网格大变形溢出柱壳翻转进行合理处理,对实验进行了数值模拟。数值模拟结果所得的冲击压力沿径向分布规律计算结果与实验结果定性相符。最后探讨了不同约束程度对这一规律的影响程度,结果表明,后续的冲击波幅值随着约束的增加而急剧增加。
关键词: 冲击动力学, PVDF, 散心冲击波, 衰减规律
激光烧蚀下不同颗粒度Al-teflon的反应行为
丁彤, 郭文灿, 张旭, 王忠淼, 郑贤旭, 刘仓理
2019, 39(4): 041402. doi: 10.11883/bzycj-2019-0023
为研究不同颗粒度对Al-teflon反应行为的影响,以颗粒度25 μm、1 μm和20~200 nm的Al粉和微米级Teflon粉混合制备的反应材料为研究对象,基于脉冲激光烧蚀实验,结合ICCD相机和光谱仪对反应过程中的自发光成像和发射光谱进行瞬态观测。研究结果表明,Al-teflon反应材料在激光烧蚀下的反应行为体现出典型的二次反应特征,具有持续燃烧特征和明显的后燃效应,也具有较长的能量释放时间;同时,其反应行为与Al粉颗粒度密切相关:初始阶段,反应随Al粉颗粒度的降低加剧,随着反应的进行,纳米级Al粉对应的反应材料后续反应能力逐渐下降,反应强度和反应时间都小于1 μm铝粉对应的反应材料。
关键词: 激光烧蚀, Al-teflon, 颗粒度, 反应行为
膨胀环受力历史对应力应变关系的影响
郭昭亮, 范诚, 刘明涛, 汤铁钢, 刘仓理
2016, 36(6): 819-824. doi: 10.11883/1001-1455(2016)06-0819-06
利用两类实验装置开展了无氧铜TU1膨胀环实验研究,发现:电磁膨胀环在加载阶段,样品受体力作用,满足均匀变形的假定;而爆炸膨胀环在加载阶段,样品内壁受面力冲击作用,不满足均匀变形的假定。针对这个差异,发展了一种考虑冲击阶段变形不均匀性的新方法,利用回收样品几何变形,将冲击阶段试样环内轴向塑性应变、径向塑性应变纳入等效塑性应变的计算中,通过修正后的方法更准确地获得了材料的应力应变关系。
关键词: 固体力学, 应力应变关系, 高应变率, 膨胀环, 无氧铜