材料密度对改性PTFE毁伤元性能影响研究

摘要

采用聚四氟乙烯作为串联战斗部前级装药的药型罩材料能够实现对带壳装药的穿而不爆，但由于纯PTFE动态力学性能弱，存在侵彻能力不足的问题。在这一前提下，本文通过在PTFE中添加不同质量分数的铜粉对其进行填充改性，设计并制备了三种不同密度的改性PTFE材料，利用万能材料试验机和霍普金森压杆(SHPB)实验装置对其静、动态力学性能进行实验研究，获得了不同密度改性PTFE在不同应变率下的应力-应变关系。利用AUTODYN-2D软件对不同密度改性PTFE药型罩的射流成型过程和对带壳装药的穿而不爆进行了数值模拟研究，对比分析了材料密度的影响，并得到了改性PTFE对带壳装药穿而不爆的u2d阈值。研究结果表明:
　　(1)在准静态试验条件下，随着材料密度的增大，改性PTFE材料抗拉强度和压缩强度增大，拉伸断裂伸长率变小。三种改性PTFE材料（密度由低到高）的压缩强度比纯PTFE分别提高了22.3％、27.1％和33.8％。(2)动态冲击下，改性PTFE材料力学性能表现出明显的应变率强化现象，压缩强度和临界应变明显随着应变率提高而增大;材料的屈服强度和压缩强度随着密度的提高而提高。(3)利用静态和动态压缩实验数据，选用并拟合了不同密度改性PTFE材料在常温下的Johnson-Cook本构方程。(4)利用AUTODYN-2D有限元软件对改性PTFE药型罩形成的射流冲击带壳装药过程进行仿真，得到了三种改性PTFE材料射流对带壳装药的起爆阈值分别为25.04mm3/μs2、24.805mm3/μs2和23.83mm3/μs2，数值接近Held给出的23mm3/μs2。(5)三种密度的改性材料均没有引爆带壳装药;针对2/4/2结构带壳装药，在3倍炸高下，随着材料密度的提高，射流穿透面板和背板开孔直径增大;，随着材料密度提高，射流对主装甲的侵彻深度增大，PTFE-1、PTFE-2和PTFE-3分别比PTFE的侵彻深度提高了28.3％、45.7％和74.0％;综合对比，三种改性PTFE材料均能实现对带壳装药的穿而不爆，在此前提下应选取PTFE-3材料作为串联战斗部前级药型罩材料，能够有效提高毁伤元侵彻能力。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 改性PTFE材料国内外研究现状

1．2．1 改性PTFE材料简介

1．2．2 改性PTFE力学性能国内外研究现状

1．3 霍普金森杆实验技术国内外研究现状

1．4 本文研究的主要内容

2．1 试样制备

2．2 准静态拉伸试验

2．2．1 试验方案设计

2．2．2 准静态拉伸试验结果与分析

2．3 准静态压缩实验

2．3．1 试验方案设计

2．3．2 准静态压缩试验结果与分析

2．4 本章小结

3 不同密度改性PTFE动态力学性能实验

3．1 SHPB实验技术基本原理

3．2 SHPB实验装置及测试系统

3．3 改性PTFE动态SHPB实验结果与分析

3．3．1 改性PTFE材料动态压缩变形行为分析

3．32 应变率对改性PTFE材料动态压缩性能的影响

3．3．3 密度对改性PTFE材料动态压缩性能的影响

3．4 不同改性PTFE材料本构方程的建立

3．4．1 本构方程的选择

3．4．2 不同密度改性PTFE材料Johnson-Cook方程的拟合

3．5 本章小结

4 不同密度改性PTFE毁伤元冲击带壳装药数值模拟研究

4．1 数值模拟中材料模型和参数的选取

4．2 改性PTFE射流成型过程的数值模拟分析

4．2．1 战斗部结构设计

4．2．2 有限元模型的建立

4．2．3 不同密度改性PTFE药型罩的射流成型过程

4．3 改性PTFE射流对带壳装药实现穿而不爆判据的数值模拟研究

4．5．1 u2d起爆判据

4．5．2 不同密度改性PTFE射流对带壳装药穿而不爆判据的确定

4．4 改性PTFE毁伤元冲击带壳装药数值模拟研究

4．4．1 PTFE毁伤元冲击带壳装药过程数值模拟

4．4．2 PTFE-1毁伤元冲击带壳装药过程数值模拟

4．4．3 PTFE-2毁伤元冲击带壳装药过程数值模拟

4．4．4 PTFE-3毁伤元冲击带壳装药过程数值模拟

4．4．5 不同密度改性PTFE毁伤元冲击带壳装药结果对比分析

4．5 不同密度改性PTFE射流后效侵彻能力的数值模拟研究

4．6 本章小结

5．工作总结和展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢