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密闭空间中复合装药的能量释放特性

爆炸与冲击 2024年第6期44卷 39-47页

作者：张学瑞周涛西安近代化学研究所陕西西安710065

为研究密闭空间中复合装药能量的释放特性,设计了一种同轴复合装药,其内层为温压炸药,外层为不同组分的混合燃料,混合燃料主要由铝/聚四氟乙烯(al/ptfe)活性材料或硼基燃料组成,利用密闭爆炸装置开展了复合装药的内爆炸试验,获取了壁面... 详细信息

为研究密闭空间中复合装药能量的释放特性,设计了一种同轴复合装药,其内层为温压炸药,外层为不同组分的混合燃料,混合燃料主要由铝/聚四氟乙烯(al/ptfe)活性材料或硼基燃料组成,利用密闭爆炸装置开展了复合装药的内爆炸试验,获取了壁面冲击波超压和准静态压力。试验结果表明:相同质量、不同硼基燃料含量的复合装药在密闭空间内爆炸,产生的准静态压力随着硼基燃料含量的增加呈现先升高后降低的趋势,硼基燃料分解产物参与二次反应的最佳体积分数在1.0%左右;对于复合装药,密闭空间中氧气含量有限,当参与二次反应的物质浓度达到一定阈值时,无论是提高点火能量还是提高反应物浓度,准静态压力都无法获得高效提升,能量利用率没有提高。

关键词：复合装药内爆炸准静态压力 al/ptfe 硼基燃料

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结构复合含能破片对柴油油箱的引燃试验研究

兵器材料科学与工程 2024年第3期47卷 96-101页

作者：张跃刘桂涛刘凯赵孔勋陈展宏刘奕彤梁栋中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103

围绕al/ptfe含能材料及其结构复合含能破片对柴油目标的引燃性问题,分别用动态冲击试验和枪发射试验研究了al/ptfe、铝热剂及其混合配比材料的冲击反应特性及结构复合含能破片对柴油油箱的引燃性能。结果表明:al/CuO比al/PT-FE具有更低... 详细信息

围绕al/ptfe含能材料及其结构复合含能破片对柴油目标的引燃性问题,分别用动态冲击试验和枪发射试验研究了al/ptfe、铝热剂及其混合配比材料的冲击反应特性及结构复合含能破片对柴油油箱的引燃性能。结果表明:al/CuO比al/PT-FE具有更低的反应激发速率,通过在al/ptfe中添加al/CuO能显著降低含能材料的冲击反应阈值。枪发射引燃柴油试验显示,分别以al/ptfe、al/ptfe-al/CuO和al/ptfe-2al/CuO作为内部装料时,复合破片对柴油油箱持续引燃的速度阈值分别为1246、1171、1098 m/s。混合配比含能破片具有更高引燃能力的原因在于al/CuO的加入降低了含能材料的整体发火阈值,同时提升了al/ptfe的释能效率。

关键词：结构复合含能破片 al/ptfe al/CuO 动态冲击反应阈值引燃柴油试验

基于al/ptfe真实细观特性统计模型的宏观力学性能模拟

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复合材料学报 2016年第11期33卷 2528-2536页

作者：乌布力艾散.麦麦提图尔荪葛超董永香宋卿北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

通过细观力学有限元方法对al颗粒增强聚四氟乙烯(al/ptfe)复合材料的宏观力学性能进行了研究,基于al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析,在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单... 详细信息

通过细观力学有限元方法对al颗粒增强聚四氟乙烯(al/ptfe)复合材料的宏观力学性能进行了研究,基于al颗粒粒径分布统计规律及通过SEM对该复合材料孔洞含量的统计分析,在细观层次上建立了考虑颗粒和孔洞位置和尺寸分布的随机代表性体积单元(RVE),借助ABAQUS有限元软件,对二维平面应变和三维实体模型在单轴压缩载荷作用下的力学行为进行了数值仿真;并施加了周期性边界条件(PBC)以提高数值计算结果的准确性。此外,分析了不同颗粒含量下复合材料准静态应力-应变关系,重点对细观有限元模型与准静态压缩试验结果进行了对比分析。研究结果表明:二维和三维2种模型均能较好地模拟al/ptfe的宏观力学性能,且二维模型较三维模型计算效率更高,并进一步证实了PBC的正确性和有效性。

关键词： al/ptfe 代表性体积单元细观模型周期性边界条件孔洞随机分布

增强型al/ptfe含能材料的力学特性分析

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冶金与材料 2023年第3期43卷 187-189页

作者：朱晓泉唐恩凌沈阳理工大学装备工程学院辽宁沈阳110159

al/ptfe含能材料作为一种拥有侵彻与爆炸特性的活性毁伤元,在终点效应与毁伤领域具有重要的应用前景,但纯AVptfe结构反应材料在强度上有一定的局限性,阻碍了其大范围的使用。文章在传统al/ptfe(26.5%/73.5%)配方的基础上,通过烧结工艺,... 详细信息

al/ptfe含能材料作为一种拥有侵彻与爆炸特性的活性毁伤元,在终点效应与毁伤领域具有重要的应用前景,但纯AVptfe结构反应材料在强度上有一定的局限性,阻碍了其大范围的使用。文章在传统al/ptfe(26.5%/73.5%)配方的基础上,通过烧结工艺,制备了一种增强型的al/ptfe含能材料,基于实验及理论推导,开展了增强型al/ptfe含能材料的力学行为研究。结果表明:增强型al/ptfe含能材料在压缩过程中大致可分为弹性、屈服和致密化三个阶段;加载初期,增强型al/ptfe含能材料动态弹性模量远大于试件在准静态加载时的弹性模量;低温可使增强型A1/ptfe试件的弹性模量与硬化模量差值逐渐减小、粘弹性性质减弱,其变形行为愈发接近于线弹性材料。

关键词： al/ptfe 含能材料力学特性本构模型

铝蜂窝增强型al/ptfe的动态行为与撞击释能特性研究

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铝蜂窝增强型Al/PTFE的动态行为与撞击释能特性研究

作者：何朕晖沈阳理工大学

学位级别：硕士

al/ptfe（aluminum/Polytetrafluoroethylene）含能材料作为一种金属/氟聚物材料,相比于传统的炸药类含能物质,其具有高含能量,在常规环境中呈现惰性等特性,且强度也高于传统的含氮类炸药,可广泛应用于弹药毁伤、反应装甲等领域。然而,... 详细信息

al/ptfe（aluminum/Polytetrafluoroethylene）含能材料作为一种金属/氟聚物材料,相比于传统的炸药类含能物质,其具有高含能量,在常规环境中呈现惰性等特性,且强度也高于传统的含氮类炸药,可广泛应用于弹药毁伤、反应装甲等领域。然而,纯al/ptfe含能材料在动态加载条件下的强度仅有数十兆帕,严重地制约了该材料在高动态压缩强度需求背景下的广泛应用,而现有的增强方式又以牺牲活性为代价。为显著提升反应材料的压缩强度并协调动态压缩强度的提高与保持活性二者之间的矛盾,本课题通过充填活性金属骨架实现al/ptfe含能材料动态压缩强度的提升及活性维持。本文以传统al/ptfe含能材料为基础,通过添加不同几何尺寸的铝蜂窝骨架,采用冷压烧结的工艺制备了不同类型的铝蜂窝骨架增强al/ptfe含能材料。采用实验与理论分析相结合的方法对铝蜂窝骨架增强al/ptfe含能材料的动态力学行为、增强机理和释能特性进行了研究。本文主要研究成果如下:确定了20.5%al/73.5%ptfe/6%铝蜂窝和24.9%al/69.1%ptfe/6%铝蜂窝两种试件配比,其中铝蜂窝的壁厚为38μm,臂长分别为1.0mm、1.5mm、2.0mm,al粉粒径为5μm,ptfe粒径为34μm。基于应力波理论,利用自行构建的分离式霍普金森实验系统对不同臂长铝蜂窝骨架增强型al/ptfe含能材料试件和不同铝含量配方的铝蜂窝骨架增强型al/ptfe含能材料试件进行动态强度测试,通过MATLAB软件编程对动态应变仪采集到的数据进行处理,得到试件动态力学响应的实验结果,同时分析试件加载过程中的高速影像和试件加载后的形貌。结果表明在诸多增强因素中,铝蜂窝臂长对增强效果影响最大,其中臂长为1.5mm的铝蜂窝骨架增强效果最佳,可达到100MPa以上。开展了大气环境下,不同铝蜂窝臂长、不同铝含量配方的增强型al/ptfe含能材料试件在不同撞击速度下的释能实验。通过瞬态超压测试系统、瞬态光纤高温计测试系统和红外热像仪系统,分别获取了试件撞击准密闭容器过程中的超压、产物温度和容器壁温度变化情况。从能量角度分析了不同类型试件在不同撞击条件下的能量释放特性,结果表明在同等撞击速度下撞击释能随试件强度的提高而降低,且铝蜂窝骨架增强al/ptfe含能材料的强度与撞击释能均高于传统al/ptfe（26.5%/73.5%）含能材料;由于空气中氧气的存在,试件中铝含量的增加有助于提高能量释放。开展了真空条件下增强型al/ptfe含能材料试件高速撞击释能实验,根据热电偶获得的单点温度值,通过热传导方程推导了试件撞击反应过程中准密闭容器体的温度分布,结合拉瓦尔喷管效应分析准密闭容器内的压力变化和撞击反应时反应产物的温度,确定了增强型al/ptfe含能材料在真空条件下完全反应速度阈值为1.5km/s,完全反应释能为8.237kJ/g,在完全反应速度阈值以下,试件的撞击速度对释能结果影响显著。采用Johnson-Cook本构模型和ZWT非线性热粘弹性本构模型分别描述铝与聚四氟乙烯的力学性能,利用叠加原理,并引入铝蜂窝骨架增强效应函数和粉体修正系数,利用两种不同配方的铝蜂窝骨架增强型al/ptfe含能材料（Ⅰ:20.5%al/73.5%ptfe/6%铝蜂窝,Ⅱ:24.9%al/69.1%ptfe/6%铝蜂窝）的霍普金森实验数据拟合出增强型al/ptfe含能材料的本构模型,并通过实验验证了本构模型的合理性。

关键词： al/ptfe 铝蜂窝骨架增强机理动态力学行为撞击释能

增强型al/ptfe的动态压缩行为及冲击反应释能研究

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增强型Al/PTFE的动态压缩行为及冲击反应释能研究

作者：李胜沈阳理工大学

学位级别：硕士

铝/聚四氟乙烯(al/ptfe)含能材料是一种高能、钝感的复合材料。由于其具有较好的力学特性、化学特性以及独特的释能特性,受到了国内外学者的广泛关注。钝感含能材料制成的破片在依靠动能对目标造成伤害的同时会释放大量的化学能加强对... 详细信息

铝/聚四氟乙烯(al/ptfe)含能材料是一种高能、钝感的复合材料。由于其具有较好的力学特性、化学特性以及独特的释能特性,受到了国内外学者的广泛关注。钝感含能材料制成的破片在依靠动能对目标造成伤害的同时会释放大量的化学能加强对目标的毁伤效果,因此,含能材料在军事领域具有巨大的应用潜力。然而,传统配方al/ptfe(al,ptfe的质量比为26.5%:73.5%)含能材料的压缩强度不足、强冲击下的释能机理尚不明确,已成为限制氟聚物基含能材料工程应用的关键问题。本文通过调节al/ptfe含能材料中al颗粒的粒径以及添加增强体(Zr纤维丝)的方式对al/ptfe含能材料的动态力学性能进行调控;通过实验测试和理论分析,研究了al/ptfe含能材料的动态力学性能和高速撞击下的释能特性。取得的主要研究成果如下:(1)构建了由霍普金森压杆与高速摄像机组成的增强型al/ptfe含能材料动态响应实验测试系统。利用二级轻气炮加载装置、自制准密闭容器、瞬态高温计、红外热像仪、超压传感器构建了冲击释能测量系统。(2)利用霍普金森压杆实验系统对微米级al/ptfe和Zr(纤维丝)/al/ptfe(al,5um)含能材料的动态压缩力学性能进行了测试。在动态压缩过程中Zr(纤维丝)/al/ptfe试件呈现出与al/ptfe试件相似的弹塑性力学行为,Zr纤维的添加可以提高al/ptfe的动态压缩力学性能。当Zr纤维的体积占到试件总体积的3%时,含能材料的压缩强度(或抗压强度)由64MPa提升至110MPa,提高幅度约为70%,且含能材料的起爆方式为热点起爆。(3)制备了al颗粒粒径为50nm的al/ptfe和Zr(纤维丝)/al/ptfe含能材料(Zr纤维的体积分数为4%,16%,29%),研究了Zr纤维丝的体积分数对al/ptfe含能材料动态力学性能、内部微观形貌及冲击反应释能特性的影响规律。结果表明:al/ptfe含能材料的压缩强度随Zr纤维丝体积分数的增加而增大,当Zr纤维丝的体积分数为29%时,试件的压缩强度为282.1MPa。基于混合法则阐明了al/ptfe含能材料的增强机理,并得出了Zr纤维含量与试件强度之间的关联规律。研究了al/ptfe和Zr(纤维丝)/al/ptfe的冲击释能特性,揭示了试件Zr纤维含量对破坏形态、能量耗散特性的影响规律。(4)利用红外热像仪对Zr(纤维丝)/al/ptfe含能材料冲击反应温度场演化过程进行了记录,撞击过程中着靶点周围温度快速上升,之后随着气体的膨胀和热交换恢复到常态,最高温度约1200k。开展了不同加载速度下Zr(纤维丝)/al/ptfe含能弹丸冲击释能实验,得到了Zr(纤维丝)/al/ptfe含能弹丸在1.25km/s、1.44km/s、1.7km/s、1.85km/s速度下单位质量反应释能,分别为7466.16k J、8981.61k J、9020.11k J、8468.52k J。

关键词： al/ptfe 动态压缩强度冲击反应释能