多功能含能结构材料冲击诱发化学反应理论模型研究

The project is based on the dynamic response and reaction behavior under impact of MESMs, especially Al/W/PTFE and Al/Fe2O3. Focusing on the dynamic compression and reaction behavior, the models of impact compression and impact induced chemical reaction are established, respectively. In order to describe the dynamic compression process, the collision of the granular materials and pore collapse are investigated. Parameters of mesoscopic characteristic are considered to throw light on its influence to the impact dynamic response behavior of MESMs. The SICR model, which is time scale related and considers state transition, reaction threshold condition, reaction energy release, reaction rate and reaction velocity, is rechearched to describe the impact induced chemical reaction. Based upon the changes of the parameters during the whole reaction process, the SICR model which can accurately describe the Shock induced chemical reaction process is established to control the release process of MESMs. It can lay the theoretical foundation for the technology development in efficient damage warhead of MESMs.

项目将以典型的多功能含能结构材料：铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)及Al+Fe2O3为代表对材料的冲击动态响应及冲击诱发化反应行为进行研究，着重探讨其在强冲击加载条件下的动态压缩行为和反应行为，分别建立多功能含能结构材料的冲击压缩模型和冲击诱发化反应模型。在材料的动态压缩行为方面，主要研究颗粒材料之间的相互碰撞、作用以及其中空穴塌缩等力学行为，在模型引入材料细观特性参量，体现材料细观特性对MESMs材料冲击动态响应行为的影响；在材料的冲击诱发化反应行为方面，主要研究与时间刻度相关的考虑物态转变、反应阈值条件、反应释能、反应率以及反应速率的SICR模型。细致的刻画MESMS材料从受冲击到反应完成各参量的变化。最终获得可较为准确描述MESMs冲击诱发化学反应过程的SCIR模型实现对MESM释能过程的控制，为我国MESM类高效毁伤战斗部的技术开发奠定理论基础。

多功能含能结构材料的冲击诱发化学反应机理及其细观力学特性对反应过程的影响已经成为制约其在工程设计及应用上的瓶颈技术。本项目从材料的宏观和细观2个方面入手，采用理论、数值模拟、实验三种手段，对MESMs在强冲击加载条件下的力学、化学反应过程进行了深入探讨。.宏观上主要将考虑电子热运动的费米理论引入材料的物态方程中对MESMs的冲击温升计算有很好的预测，并以温度为反应阈值及控制参数，在冲击诱发化学热化学模型的建立上加入压力控制因子及建立从初始反应物到最终生成物的冲击压缩物质转变模型。综合考虑了反应物到生成物各物理参量的转变过程以及受时间、体系温度、冲击压力控制的化学反应率，建立了较为完善的冲击诱发化学反应（shock-induced chemical reaction ，以下均SICR)模型。.细观上研究了颗粒材料之间的相互碰撞、作用以及其中空穴塌缩等力学行为，并结合前述宏观理论模型，得到各细观力学特性(颗粒形态、尺寸、分布等)、压力、比容、冲击波速度、粒子速度、冲击温度等未反应前的各物理参量对SICR过程的影响；.研究结果可为MESMs冲击诱发化学反应机理提供依据，也可为我国MESMs类高效毁伤战斗部的技术开发奠定理论基础。