PBX炸药剪切带形成及点火特性研究

Hot spot mechanisms are the key to understand explosive initiation, in which shear band induced hot spot is considered as the major cause of initiation of explosives under low velocity impact. As for PBX explosives used in weapons, the investigations of hot spot mechanism induced by solo shear factor still remain many obstacles, for example, control and observation of shear localization, temperature measurements of shear band, threshold of shear band ignition , etc. Therefore, shear band formations and shear ignitions are planed to be observed in real time in shear compression tests and shear punch tests, with using digital speckle correlation method and micro-displacement laser interferometry，by developing high speed microphotography and exploring temperature measurements with high spatio-temporal resolution. The aim of this investigation is to illuminate shear dynamic responses of PBXs, and establish a model of shear heating and ignition of PBXs, to enhance understanding of the shear initiation mechanisms.

热点生成机制是理解炸药起爆的关键，其中剪切带引起的热点被认为是炸药低速撞击起爆的重要原因。对于武器常用的PBX炸药，由于动态响应复杂，单一剪切因素下热点生成机制的研究仍存在不少困难，如剪切局部化的控制与观测，剪切带温度的测试、剪切带点火条件的确定等。为此，本项目拟针对PBX炸药，采用剪切压缩和冲塞剪切试验方法，通过利用数字散斑技术和激光微位移测速技术，发展高速显微摄影技术，探索高时空分辨的表面温度测量技术，实时观测样品剪切带形成及其点火过程，揭示PBX剪切动态响应规律，建立PBX剪切带生热与点火模型，为深入理解炸药剪切起爆机理提供基础。

为深入理解炸药剪切起爆机制，本项目以具有较好韧性的PBX热固炸药为主要研究对象，对炸药剪切变形、剪切带形成以及剪切点火特性开展了试验与数值模拟研究。首先，建立了一种可量化测量的炸药剪切压缩试验方法，根据测得的剪应力和剪应变参数，确定了炸药统计断裂粘弹性本构模型相关参数，并利用高速红外热像仪，捕捉到炸药剪切带温升图像。其次，建立了一种可量化测量的炸药冲塞剪切点火试验方法，确定了炸药剪切应变率点火临界条件，即在3e5~4e5/s之间，对应的剪应力约为10MPa。再次，分别建立了炸药剪切带萌生和形成的细观与宏观数值模拟方法。其中，在考虑炸药颗粒与粘接剂的细观模拟中发现，炸药在压缩剪切大变形时，局部微裂纹的贯穿诱发剪切带萌生；在采用Weibull非均匀损伤模型的宏观模拟中发现，炸药在压缩剪切加载下形成的剪切带，主要是微裂纹损伤演化发展造成的。此外，利用可处理材料大变形的物质点法，在数值模拟中再现了炸药冲塞剪切带形成以及剪切温升的过程。