铝纤维炸药爆轰机理及高过载下动态力学性能研究

含铝炸药是应用广泛的具有较高输出能量的炸药。针对传统含铝炸药感度高、力学强度低、不适于高过载环境下使用的缺点，课题组发明了铝纤维炸药。初步研究表明：铝纤维炸药具有输出能量高、感度低、力学强度好的优点，在过载实验中表现出优异的抗过载性能。本项目采用实验研究、理论分析、数值计算方法深入研究决定铝纤维炸药输出能量的主要因素，研究铝纤维炸药爆炸性能，探讨铝纤维炸药的爆轰机理，深入研究其抗过载性能和提高其抗过载性能的方法，为其推广和应用奠定基础。本项目涉及炸药学、凝聚相炸药、化学反应动力学、爆炸力学、工艺方法、机械设计等多学科的交叉。

传统含铝粉炸药中的铝以粉末形式存在，虽然提高了炸药的爆炸威力，但存在机械感度、抗过载能力、安全性问题，铝粉颗粒易氧化也降低了输出能量。针对以上问题，本项目研发了铝纤维炸药技术，针对RDX基主装药综合研究了铝纤维炸药性能。已取得的研究成果包括：(1)铝纤维能有效改善含铝炸药的成型性，增强力学性能并提高安全性，其纤维增强系数为8.19，其极限应力与残余强度随铝纤维含量增加而增加，研究得到了不同铝纤维含量铝纤维炸药的弹性模量和本构关系；(2)空中爆炸和水下爆炸实验表明，铝纤维炸药的压力峰值、比冲击波能、冲量、气泡脉动周期时间与含铝粉炸药相当，爆速与比气泡能略高于传统含铝炸药，铝纤维含量为20%时其比冲击波能最大；(3)铝纤维形态和含量是影响铝纤维炸药输出能量的主要因素，低含量铝纤维对铝纤维炸药的压力峰值影响较小，高含量则影响较大，铝纤维炸药的爆速随铝纤维含量增加而减小；(4)SHPB试验和爆炸加载实验表明，铝纤维炸药极限强度对应变率不敏感，可用准静态的应力应变曲线表征其在不同应变率下的应力应变曲线，正态分布函数能有效拟合不同铝纤维含量的铝纤维炸药的应力—应变关系；(5)铝纤维炸药爆轰呈现典型的非理想爆轰特点，存在明显的二次击波效应，二次击波超压幅值和到达时间与传统含铝粉炸药相近，但早于基体炸药(RDX)；(6)为了测量爆炸近场压力，依托本项目研究改进了PVDF界面测压技术，得到了可靠、可信、可行的基于PVDF的固固界面、液固界面、气固界面以及水下自由场的压力测试技术和体系；(7)土中爆炸成腔实验表明，铝纤维炸药具有较优异的作功能力。本项目成功将其应用于爆炸复合技术的研究中，制备了性能优异的复合材料，使铝纤维炸药具备民用推广价值。. 综上，本项目所研究的铝纤维炸药在保持传统含铝粉炸药优异爆炸性能的基础上，有效改善了含铝粉炸药的力学强度、抗过载能力、安全性，提高了其综合性能，使含铝炸药具备适应更苛刻环境的能力。研究得到的有关铝纤维炸药的理论和试验参数有助于拓展炸药技术和深入开展非理想炸药爆轰的研究。项目改进建立的用于炸药抗冲击实验方法以及爆炸近场测量技术有助于完善爆炸力学实验手段。研究得到铝纤维炸药在爆炸复合方面的应用有助于扩展含铝炸药的应用领域。项目负责人已完成基金申请书中的研究内容，本项目的研究成果对爆炸力学、炸药理论、实验技术、军事或民用推广都具有重要意义。