TATB造粒湍流涡传质及其颗粒热力响应行为研究

基本信息
批准号:11572294
项目类别:面上项目
资助金额:58.00
负责人:张伟斌
学科分类:
依托单位:中国工程物理研究院化工材料研究所
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈华,戴斌,杨仍才,黄忠,唐维,周海强,徐尧
关键词:
湍流涡传质TATB粉末晶造粒热力响应TATB颗粒
结项摘要

2,4,6-Triamino-1,3,5-trinitrobenzene (TATB) is currently the most important insensitive high explosive, and structural safety, detonation behavior and mechanical properties of TATB-based PBX (Polymer bonded explosive) have long been of interest in the field of energetic materials. As a complex aggregation of numerous TATB powder crystals, A TATB granule is the granular unit of PBX produced by warm compaction, which was affected by the turbulent flow during the granulation process. The underlying mechanism of different thermal/mechanical response emerged from the diversity of structures on the performance of PBX has been a long-standing puzzle. In this project, mass transfer involved in the preparation of TATB granules will be efficiently associated with the corresponding thermal/mechanical response and the role of turbulent flow in the mass transfer of TATB powder crystals and sub-microstructure of TATB granules will also be explored. A simultaneous scanning technique for combining X-ray nano/micro tomography with in-situ loading test over a wide temperature range will be developed, by which the evolvement of TATB granules under thermal/mechanical conditions, including their specific structures, interior pores, vortex rings and dense layers and so on, can be analyzed. Accordingly a quantitative characterization of the behaviors in three-dimension, such as structural deformation, pore evolution, density increment and dense layers toughness may be carried out, and the thermal/mechanical response model of TATB granules will be eventually established. These results may provide a meso-level theoretical and experimental basis to the significant demand of precision attack and structural mechanics.

TATB是目前安全性能最好的钝感炸药,围绕其成型的PBX结构安全性能、爆轰性能以及力学性能研究在国内外一直是热点。其中,一个TATB颗粒是由众多TATB粉末晶粘结聚集的复杂体系,又是温压成形PBX的颗粒物质单元,其形成不仅受造粒湍流作用并影响,其多样性结构不同热力响应行为对PBX性能的影响机理更是长期以来困扰的难题。本项目拟从纳/微尺度把造粒湍流涡传质(形成TATB颗粒)、TATB颗粒热力响应问题有机结合起来,研究流体对TATB粉末晶体传质及其造粒(亚)微结构的影响规律;发展一种X射线纳/微层析成像与原位宽温域力载同步扫描技术研究TATB颗粒及其颗粒体系内部孔隙、涡环层、致密层等热力演化规律,实现TATB颗粒结构变形、孔隙演变、密度递增、致密层韧性等特性三维定量表征,并建立TATB颗粒结构-热力响应模型,为解决武器对PBX精密爆轰稳定性、结构力学的重大需求问题研究提供细观理论与实验基础。

项目摘要

TATB是目前安全性能最好的钝感炸药,其中TATB造型颗粒是温压成形PBX的颗粒物质单元。TATB颗粒是由众多TATB粉末晶体粘结聚集的复杂体系,其形成不仅受造粒湍流作用并影响,其多样性结构不同热力响应行为对PBX性能的影响机理更是长期以来困扰的难题。本项目围绕TATB造型颗粒的成型过程、结构特征、力热行为规律等开展了一系列的研究工作。应用X射线微层析成像等多种微细结构表征技术,开展了TATB颗粒内部三维结构特征研究,分析获得了凝结涡旋环、致密表层的规律性认识,研究发现TATB颗粒内部存在0.1mm尺度的近椭球形凝结涡旋环,短长径比趋于0.7。自主设计了小型造粒装置在实验条件下模拟不同造粒流场,借助PIV等方法对造粒流场特性进行了表征,发现颗粒结构特征与雷诺数等流场参数存在关联。基于X射线微层析成像实验平台发展了适用于TATB颗粒、颗粒体系及其温压成形PBX的宽温域多尺度力学实验方法,并开展了力热行为的实验研究与分规律性析。首创性设计实现了微米-100mN级单轴压缩加载装置,获得了TATB颗粒压缩破坏过程的力学性质,研究发现内部结构较外形特征对颗粒力学性能影响更大。基于X射线微层析成像技术开展了TATB颗粒体系在温等静压过程的观测实验研究,分析压制后颗粒密堆形态、颗粒接触数、尺寸分布、界面特性、微杂质分布等,发现成型过程中轴向压力基本相同,径向压力则存在向轴心方向的压力降,基于离散元和力链方法建立了此过程的颗粒接触力学计算模型。开展了不同温度条件下TATB-PBX原位拉伸试验,运用形态学标记CT图像追踪典型颗粒运动历程,研究结果表明粘结剂对不同温度下的PBX的断裂特性和裂纹形态有重要影响。本项目围绕TATB颗粒结构,探究了造粒成因及其对材料力学性能的影响,发展了先进实验技术与方法、图像处理技术与方法等,丰富了TATB颗粒力学性质和实验数据,为TATB基PBX的重大需求问题研究提供了细观研究基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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