高聚物粘结颗粒体裂纹萌生与自愈机理研究

基本信息
批准号:U1830115
项目类别:联合基金项目
资助金额:64.00
负责人:刘占芳
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:彭向和,黄西成,蔡薇,乔臻,李潘,金红春,李曦,张超,范正杰
关键词:
转动变形高聚物粘结颗粒体裂纹自愈微结构裂纹萌生
结项摘要

The initiation and evolution of cracks in polymer bonded explosive (PBX) in service of weapon and equipment will affect the safety, reliability and detonation performance of explosives and their structures. Polymer bonded granula is a substitute material for PBX. Granula and polymer and bonding interface constitute the basis of mechanical behavior of substitute materials. The micro-scale material structure requires an introduction of rotation deformation. In view of effects of rotation deformation and temperature, the elastic-plastic and elastic visco-plastic constitutive relations in terms of stress-strain and couple stress-curvature tensor for granula and polymer, and the interfacial cohesion constitutive relation are established. The finite element equations and the numerical algorithm are properly formulated. In concern of rotation deformation, the stress and couple stress concentration as well as the changes of bonding forces and moments are demonstrated so that the mechanism of crack initiation and granula debonding is revealed. It is further studied that the reversibly and irreversibility of cracks are related to the temporal-spatial evolution of microstructure and internal tractions, the loading environment and the visco-plasticity of polymers, as a result, the mechanism of crack self-healing is explored. Mechanical properties test under thermal environment are carried out, with which parameters determination, microstructural observation and theoretical verification are carried out. PBX substitute material model and mechanical analysis method considering rotational deformation and temperature as well as strain rate effect are provided, which may be regarded as the theoretical basis of deformation and failure analysis of PBX.

高聚物粘结炸药(PBX)在武器装备服役过程中会出现裂纹的萌生和演化,影响炸药及其结构的安全性、可靠性和爆轰性能。高聚物粘结颗粒体是PBX替代材料,颗粒体和高聚物以及粘结界面构成替代材料力学行为的基础,微米级尺度的材料结构要求考虑材料的转动变形。本项目计及转动变形和温度影响,建立颗粒体和高聚物关于应力与应变、偶应力与曲率张量的弹塑性和弹粘塑性本构关系以及粘结界面的内聚力本构关系,建立适合的有限元方程和数值算法。研究计及转动变形时应力和偶应力的集中以及粘结力和力偶的变化,揭示颗粒体裂纹萌生和界面脱粘的机理。研究裂纹可逆和不可逆性与微结构变形和内力的演化、载荷环境、高聚物粘塑性的关联性,探索裂纹自愈的机理。开展原位观测和热力环境下的力学性能试验,进行参数确定、微结构演变观测及理论合理性验证。计及转动变形和温度及应变率效应的PBX替代材料建模及力学行为分析方法,为PBX的损伤破坏分析提供理论基础。

项目摘要

高聚物粘结炸药(PBX)是用于导弹战斗部装药、推进剂、水雷、鱼雷、反坦克导弹及核武器起爆装置等,在存储、运输、服役时经受载荷和温度环境下,炸药原生缺陷和微结构会发展演化,微裂纹和微缺陷可形成异常起爆等重大安全事故,影响炸药爆轰等物理力学性能。. 拓展了拉压弹性-转动弹塑性的材料力学理论,转动塑性的累计造成屈服应力的下降,形成材料的劣化以及微裂纹的萌生。建立了计及转动塑性的有限元数值分析模型,分析了微观缺陷导致的转动塑性及屈服应力和偶应力的演变,预测裂纹萌生趋势,提出了屈服应力与转动塑性的依赖关系。针对聚合物的超大变形特点,创新了计及转动变形的大变形度量理论,研制了平面超大变形的数字图像度量技术及其设备。建立了高聚物粘结颗粒体的微观特性几何模型,改进了材料细观结构的二维几何建模方法。探索了温压环境下高聚物粘结颗粒体的力学行为,表明降温及其温度循环易导致界面脱粘、颗粒尺寸突变易形成界面损伤,适当水平的压力有利于降低材料损伤。探索了不同体积分数的TATB基PBX在降温过程中界面的损伤差异,随着炸药晶粒体积分数的提高,降温过程中界面的残余刚度就越高,表明降低晶粒体积分数有助于减少界面脱粘。. 拉压弹性-转动弹塑性力学理论拓展了对传统弹塑性力学的认识,为裂纹的萌生和材料疲劳等问题提供了新的视角。创立计及转动变形的大变形理论,为连续介质力学的创新和改造奠定新的变形理论基础。改进的PBX细观结构的二维几何建模方法,更符合真实PBX的细观结构。升温和降温过程中PBX界面损伤机理和低压对变温环境下PBX 界面损伤的抑制作用,以及不同体积分数TATB基PBX在降温过程中界面损伤差异的研究,为炸药在存储、运输、服役时,避免极端环境下异常起爆提供重要参考意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
2

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
3

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2007019
发表时间:2021
4

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

当归补血汤促进异体移植的肌卫星细胞存活

DOI:
发表时间:2016
5

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

圆柏大痣小蜂雌成虫触角、下颚须及产卵器感器超微结构观察

DOI:10.3969/j.issn.1674-0858.2020.04.30
发表时间:2020

刘占芳的其他基金

批准号:11372365
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:11176035
批准年份:2011
资助金额:40.00
项目类别:联合基金项目
批准号:10572158
批准年份:2005
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:19402020
批准年份:1994
资助金额:7.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11772071
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:10172098
批准年份:2001
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:11072276
批准年份:2010
资助金额:42.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

多相高聚物应力集中区微裂纹萌生与扩展及对韧性的影响

批准号:59573024
批准年份:1995
负责人:蒲天游
学科分类:E0305
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
2

体心立方结构金属裂纹尖端缺陷萌生的多尺度模拟

批准号:11572090
批准年份:2015
负责人:倪玉山
学科分类:A0802
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
3

结构钢疲劳裂纹萌生与早期扩展的直接观察及机理研究

批准号:58770059
批准年份:1987
负责人:张平生
学科分类:E0104
资助金额:3.50
项目类别:面上项目
4

超高强钢应力腐蚀裂纹萌生与演变机制研究

批准号:51171011
批准年份:2011
负责人:刘建华
学科分类:E0103
资助金额:60.00
项目类别:面上项目