用于非局部损伤本构模型的PBX炸药固有长度尺寸测量实验研究

The project intends to study the PBX's intrinsic length scale experimentally. By taking one typical PBX as the objects of study, the methods of measuring the PBX’s intrinsic length scale are going to be explored and finally set up, based on the fully consideration of its heterogeneity. By measuring the length scale, a nonlocal damage constitutive model can be built. Then the length scale and the model would be valid by a classic failure test. This project would provide important theoretical and technical support for analysis of the PBX initiation behavior under low amplitude stimulation, structural design of explosive and safety analysis of weapon charge.

本项目拟开展PBX炸药固有长度尺寸测量的实验研究，选取一种典型PBX炸药作为研究对象，在充分考虑其非均匀特性的基础上，探索并建立适用于测量PBX炸药固有长度尺寸的试验技术，获取固有长度尺寸这一材料参数，以此为基础完成PBX炸药非局部损伤本构模型的构建，并通过开展PBX炸药的典型力学破坏试验对获得的固有长度尺寸与非局部损伤本构模型进行校核。本项目可以为解决PBX炸药因其非均匀特性致使损伤破坏区域模拟结果具有强烈网格依赖性的问题提供帮助，为建立低强度刺激下炸药点火行为提供分析基础，还可以为武器装药的安定性分析与指导炸药结构件设计提供基础试验数据和理论支撑。

PBX炸药是国防和国家安全领域广泛使用的炸药种类，其安全性一直是被重点关注的问题。在炸药安全性分析中，PBX炸药力学响应数值模拟是必不可少的工具。然而由于PBX炸药的非均匀特性，力学响应数值模拟表现出非物理的网格依赖问题，影响分析结果的准确。针对典型高聚物粘结炸药JO-9159，开展了楔劈试验、数字图像相关法以及微纳米压痕法的固有长度尺寸试验测量技术探索，建立了利用数字图像相关法测量固有长度尺寸的试验方法，获得了固有长度尺寸约为1.39mm，并基于试验数据证实了损伤对固有长度尺寸没有明显影响。将固有长度尺寸这一描述材料非均匀特征的材料参数引入PBX力学响应模拟计算，模拟结果证实所构建的非局部本构模型有效抑制了网格依赖问题，可以较为准确的模拟PBX炸药的力学响应。本研究成果可以为PBX炸药开展细观甚至微观的非均匀体系分析提供了数据和物理模型，还为武器装药的安定性分析提供了基础试验数据和理论支撑。