局部撞击下炸药的破坏、点火区形貌及其成形机制

Explosives are important parts of modern weapons. During the processes of storage, transportation and handling explosives may suffer accidental events such as drop, impact or et al. In case of accident, the explosive usually suffers local impact. The stress level of the explosives near the loading site is much higher than that of other locations, which causes damage. The extrusion and friction of explosive particles in the damaged area lead to a sharp rise in temperature. The high temperature will finally lead to ignition. The project aims to establish experimental research methods on the damage and ignition behavior of explosives under different local impact conditions. This project characterizes the different local impact conditions, obtains the morphology of the destruction and ignition region and reveals the forming mechanism of the destruction and ignition zone and their interaction mechanism. The research work of this project can deepen the rational understanding of the destruction and ignition response of explosive under local impact, and provide data support for the safety research of weapon charge, which has important scientific significance and application value.

炸药是现代武器的重要部件，在储存、运输和使用过程中可能遭遇撞击、跌落等意外事故。意外事故下炸药通常承受局部撞击，受载部位附近炸药的应力水平远高于其他位置，导致该部分炸药率先发生破坏。破坏区域内部炸药颗粒发生挤压和摩擦，导致温度急剧升高从而引发点火。本项目建立不同局部撞击条件下炸药破坏、点火行为的实验研究方法，对不同局部撞击条件进行表征，获取不同局部撞击条件下炸药的破坏和点火区域形貌特征，揭示两者的成形机制和相互影响规律。本项目的研究工作能够加深对炸药局部撞击条件下破坏、点火响应的机理性认识，为武器装药安全性研究提供数据支撑，具有重要的科学意义和应用价值。

异常或实战环境下，武器装药常常承受局部撞击作用，当撞击载荷在装药内部造成的应力分布和持续时间超过一定阈值后，炸药可能发生局部破坏或者点火，可能造成灾难性后果。因此，研究局部撞击下炸药的损伤、破坏以及点火机制，对装药安全性评估具有重要意义。. 本项目以两类典型武器装药常用炸药PBX-9、PBX-3代用材料为研究对象，研究了这两类材料在不同局部侵入工况(轴对称、平面应变)下变形、破坏及点火物理机制，分析了侵入工况、侵入深度等因素对材料破坏区形貌及破坏行为的影响机制。主要研究内容和重要结果为：.（1）对PBX-9代用材料开展了准静态轴对称、平面应变局部侵入试验研究，获得了样品侵入过程中的损伤/破坏区形成过程，基于弹性侵入理论结合强度理论，对破坏线进行了解释和拟合，发现材料摩擦角的大小是破坏区形貌的主控机制。.（2）对PBX-3代用材料开展了准静态轴对称、平面应变局部侵入试验研究，获得了样品侵入过程中的损伤/破坏区形成过程，发现破坏锥、破坏楔的高度随侵深的增加而减小；采用莫尔-库伦强度理论对破坏线形貌进行了拟合，发现破坏区域半角随摩擦角的增大而减小。.（3）基于Autodyn有限元数值平台结合Euler-Lagrange流固耦合算法，对PBX-3炸药代用材料轴对称侵入过程进行了数值模拟，发现破坏锥的高度随侵深的增加而减小。数值模拟呈现出的损伤破坏区发展行为同实验结果一致。.（4）基于离散元数值程序平台，对PBX-3炸药代用材料轴对称、平面应变局部侵入过程进行了数值模拟，数值模拟了再现了同实验结果一致的破坏区形貌，且数值模拟给出的压头附近样品损伤演化过程同实验结果一致。.（5）建立了压杆上的应力及压杆侵入速度同破坏区内部样品应力及应变率的关联关系，为局部侵入工况下装药点火工程模型的建立提供重要支撑。. 本项目建立了适用于炸药局部侵入工况的实验观测技术及数值模拟技术，为武器装药安全性评估提供重要技术支撑和参考。