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金属材料动态剪切测试方法

兵工学报 2023年第5期44卷 1502-1512页

作者：杜雨田许泽建虎宏智黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

材料的动态剪切性能参数是进行弹箭及装甲防护系统设计的重要基础。由于目前所采用的拉伸剪切试样在应力均匀性及受力状态方面仍存在问题,给测试结果的准确性带来影响。采用数值模拟对5种常见拉伸剪切试样进行了对比分析,并针对现有问... 详细信息

材料的动态剪切性能参数是进行弹箭及装甲防护系统设计的重要基础。由于目前所采用的拉伸剪切试样在应力均匀性及受力状态方面仍存在问题,给测试结果的准确性带来影响。采用数值模拟对5种常见拉伸剪切试样进行了对比分析,并针对现有问题设计出一种新型拉伸剪切试样。该试样在准静态、动态加载下应力分布均匀而且接近纯剪切的应力状态,适合在大应变率、大应变范围内对材料的剪切力学性能进行准确测试。通过与压缩加载下双剪切试样的测试结果进行对比,发现两种试样获得的应力-应变曲线吻合较好,而且新型试样具有更长的塑性流动段。采用有限元软件对TC4钛合金试样的变形及断裂过程进行了模拟,并通过与高速摄影结果进行对比发现两者剪切区的变形及裂纹扩展情况相互吻合,从而验证了试样设计及数值模拟结果的有效性。

关键词：金属材料力学性能剪切测试高应变率动态加载

低速撞击下PBX炸药黏弹塑性细观损伤点火模型研究

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北京理工大学学报 2024年第2期44卷 123-134页

作者：王昕捷王心宇丁凯黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究塑性黏结炸药PBX-9501在低速撞击条件下的力学变形、损伤以及温升情况,发展了基于黏塑性演化方程以及复杂应力状态下微裂纹形核、演化机制的非线性黏弹塑性细观损伤力热化学耦合模型.通过分析低速撞击试验中力学变形-损伤对炸药... 详细信息

为研究塑性黏结炸药PBX-9501在低速撞击条件下的力学变形、损伤以及温升情况,发展了基于黏塑性演化方程以及复杂应力状态下微裂纹形核、演化机制的非线性黏弹塑性细观损伤力热化学耦合模型.通过分析低速撞击试验中力学变形-损伤对炸药宏细观温升的影响,可确定炸药发生点火的主导机制及点火速度阈值,结果表明:撞击速度为59 m/s时PBX-9501炸药呈现大变形与破碎响应特征,顶部位置微裂纹和微孔洞演化程度最高,裂纹摩擦热点机制对炸药热点温升起主要作用;随着撞击速度增大,微裂纹热点机制仍为点火主导机制,可预测得到PBX-9501炸药点火临界撞击速度为120~125 m/s.

关键词： PBX-9501 低速撞击微裂纹演化黏塑性

不同着角下爆炸成形弹丸对坦克发动机等效靶的毁伤效应

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北京理工大学学报 2021年第2期41卷 130-136页

作者：柯源刘彦黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸(EFP)作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板(钢质)的侵彻作用,获得了发动... 详细信息

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸(EFP)作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板(钢质)的侵彻作用,获得了发动机等效靶的破孔尺寸、毁伤面积以及EFP穿靶后的剩余动能.研究结果表明:随着角的增大,钢靶的破坏面积增大,对发动机结构(铝箱)毁伤效果呈现减弱趋势;实验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真的有效性;EFP对钢靶最大破坏尺寸随着角增大呈上升趋势,EFP贯穿钢靶后的剩余动能随着角增大呈下降趋势;当着角α≥57°时,爆炸成形弹丸不能穿透钢靶,无法对铝箱造成毁伤.

关键词：爆炸成形弹丸着角坦克发动机等效靶毁伤

基于细观结构的复合固体推进剂含损伤黏弹性本构模型

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兵工学报 2023年第12期44卷 3696-3706页

作者：王贵军吴艳青侯晓黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学宇航学院北京100081

复合固体推进剂的宏观力学性能与其细观组分及损伤密切相关,基于复合固体推进剂变形过程中细观结构的演化,开发复合固体推进剂含孔洞损伤的宏细观本构模型。该模型考虑了推进剂温度和应变率的相关性,并能够描述推进剂拉伸和压缩状态下... 详细信息

复合固体推进剂的宏观力学性能与其细观组分及损伤密切相关,基于复合固体推进剂变形过程中细观结构的演化,开发复合固体推进剂含孔洞损伤的宏细观本构模型。该模型考虑了推进剂温度和应变率的相关性,并能够描述推进剂拉伸和压缩状态下不同的力学响应。通过不同温度和不同应变率下的拉伸和压缩试验,验证本构模型的有效性。基于有限元分析软件提供的用户材料子程序接口UMAT,对非线性黏弹性本构模型进行二次开发,并应用于低温点火工况下药柱结构完整性分析,结果表明药柱在低温点火条件下安全系数为2.56,结构完整性满足要求。与基于Prony级数的线性黏弹性本构模型进行对比分析,表明新建立的本构模型能够更准确地进行复合固体推进剂药柱的结构分析。

关键词：复合固体推进剂非线性黏弹性本构模型低温点火结构完整性

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带有铝粉反应的含铝炸药状态方程的研究

兵工学报 2017年第S1期38卷 187-193页

作者：白帆刘彦黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为了解释不同粒径铝粉的含铝炸药爆炸做功能力,考虑到铝粉的气化反应,结合爆轰产物JWL状态方程,得到了新的含有铝粉反应的含铝炸药状态方程。利用有限元软件的二次开发,将新的状态方程加入LS-DYNA中,模拟了含铝炸药(76%RDX/20%Al/4%wax... 详细信息

为了解释不同粒径铝粉的含铝炸药爆炸做功能力,考虑到铝粉的气化反应,结合爆轰产物JWL状态方程,得到了新的含有铝粉反应的含铝炸药状态方程。利用有限元软件的二次开发,将新的状态方程加入LS-DYNA中,模拟了含铝炸药(76%RDX/20%Al/4%wax)爆炸驱动飞片实验。飞片速度曲线的数值模拟结果与实验结果基本一致。结果表明,铝粉的反应速率随着颗粒的减小而增大,不同颗粒度的铝粉反应规律不同。对于5μm和50μm粒径的铝粉,其反应速率先增大后减小,而50 nm粒径的铝粉,反应速率很快达到最大而后减小。新的状态方程能够描述含铝炸药的爆轰特性,由铝粉的气化反应速率方程可计算得出铝粉反应度随时间变化规律,不再需要试验标定。新的状态方程与JWL-Miller状态方程比较,其应用更方便简单。

关键词：兵器科学与技术含铝炸药状态方程二次反应数值模拟

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以碳纳米管为外加碳源爆轰合成聚晶金刚石

兵工学报 2023年第7期44卷 1993-2001页

作者：商士远仝毅王志超黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究碳纳米管在爆轰过程中的变化机理,采用直接爆轰法,以碳纳米管为外加碳源进行合成实验,对爆轰产物进行化学提纯后得到提纯产物,通过X射线衍射技术对提纯产物进行表征,发现提纯产物为金刚石。借助透射电子显微镜和扫描电子显微镜对... 详细信息

为研究碳纳米管在爆轰过程中的变化机理,采用直接爆轰法,以碳纳米管为外加碳源进行合成实验,对爆轰产物进行化学提纯后得到提纯产物,通过X射线衍射技术对提纯产物进行表征,发现提纯产物为金刚石。借助透射电子显微镜和扫描电子显微镜对提纯产物形貌进行表征,通过深入分析,发现爆轰过程中碳纳米管以固-固原位相变的形式相变为金刚石,且同一个碳纳米管上会形成多个晶核同时生长形成晶体,相邻的晶体接触后形成晶界,停止生长并形成聚晶体。根据形成的金刚石晶体的周向、径向、轴向尺寸的不同,以及形成聚晶体中晶体的数量与位置的不同,可以得到管状、片状、块状等形状各异的聚晶金刚石颗粒。

关键词：碳纳米管聚晶金刚石直接爆轰法多核生长

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不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能研究

兵工学报 2022年

作者：司鹏白帆刘彦闫俊伯黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京理工大学重庆创新中心

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计，研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究，完成FEM-SPH耦合计算模型的校验。模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程，分析装甲陶瓷与金属背...

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计，研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究，完成FEM-SPH耦合计算模型的校验。模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程，分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响，获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。结果表明：陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制；当弹体速度小于1 000 m/s，随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm，复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上，期间弹体耗能最高可达50%；当弹体速度大于1 000 m/s时，侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导，期间最高耗能可达85%；当金属与陶瓷的厚度比为2:1时，复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间，并实现较高的弹道防护效能；所得研究结果可为装甲结构设计提供参考。

关键词：

动态加载下高聚物粘结炸药中椭圆孔洞坍塌引起的热点温度及其半经验解析表达

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兵工学报 2022年第1期43卷 57-68页

作者：刘纯欧卓成段卓平黄风雷北京理工大学机电学院北京100081

为获得高聚物粘结炸药内部的热点信息,对其内部椭圆形孔洞在激波载荷作用下的坍塌过程进行了研究。通过相似分析和中尺度模拟,分析冲击强度和孔洞几何形状(孔洞尺寸、位置和伸长状态)对热点温度的影响。结果表明:在一定的冲击强度及特... 详细信息

为获得高聚物粘结炸药内部的热点信息,对其内部椭圆形孔洞在激波载荷作用下的坍塌过程进行了研究。通过相似分析和中尺度模拟,分析冲击强度和孔洞几何形状(孔洞尺寸、位置和伸长状态)对热点温度的影响。结果表明:在一定的冲击强度及特定位置和伸长状态下椭圆形孔洞产生的热点温度可高达2 990 K,比同面积下圆孔洞产生的热点温度(1 946 K)高54%,可使炸药更加敏感;通过使用中间渐近、完全和不完全相似的相似性分析,得到由椭圆形孔洞在激波载荷作用下坍塌所导致的热点温度半经验解析表达,以表征热点温度与冲击强度和孔洞几何形状的关系,热点温度的理论预测结果与数值结果吻合良好。

关键词：高聚物粘结炸药孔洞坍塌热点温度相似理论中尺度模拟敏感性

2,4-二硝基苯甲醚基熔铸炸药宏细观烤燃响应特性数值分析

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兵工学报 2022年第2期43卷 287-296页

作者：刘瑞峰王昕捷黄风雷黄亨建北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621999

2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)熔铸炸药在烤燃过程中会发生DNAN熔化、HMX晶型转变等特征现象。为研究其烤燃响应特性,发展了DNAN熔化-化学反应动力学模型,结合HMX四步化学反应动力学模型,从宏观和细观尺度研究了DNAN基熔铸炸药... 详细信息

2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/奥克托今(HMX)熔铸炸药在烤燃过程中会发生DNAN熔化、HMX晶型转变等特征现象。为研究其烤燃响应特性,发展了DNAN熔化-化学反应动力学模型,结合HMX四步化学反应动力学模型,从宏观和细观尺度研究了DNAN基熔铸炸药的熔化、晶型转变及点火响应。宏观计算结果表明:DNAN在约377.00 K熔化,HMX在约450.00 K晶型转变,点火温度为531.34 K,点火位置位于装药上下端面与侧面夹角处环形区域,计算点火时间与实验结果误差为0.5%。基于宏观点火区域进行细观计算,发现点火位置位于HMX炸药晶粒,并得到DNAN熔化、HMX晶型转变等细观分布演化规律,即不同时刻,液相DNAN统计分布呈U形分布,δ-HMX近似正态分布。表明DNAN基熔铸炸药烤燃宏细观数值计算对深入理解含能材料的热点火机理具有重要意义。

关键词：熔铸炸药 2,4-二硝基苯甲醚烤燃点火响应细观计算