浇注PBX的力学行为与本构模型研究

摘要

随着精确打击概念的推行，高速侵彻武器成了近年来发展最为迅速的方向之一。浇注PBX(polymer bonded explosive)作为侵彻战斗部的主装药，在机械载荷下的力学行为对战斗部的侵彻安定性和起爆可靠性有着重要影响，其力学性能研究是含能材料方向的一大热点。
　　本文首先对PBX材料特别是浇注PBX的材料特性和力学行为特征进行了总结，并对近年来的相关研究进展进行了回顾。以一种浇注PBX为研究对象，从宏观力学性能、细观破坏模式、本构关系及侵彻性能等方面进行了研究。
　　(1)通过材料试验机获得了该材料在10-4～10-2s-1范围内的应力-应变曲线;针对浇注PBX的软材料特性，对分离式Hopkinson压杆(SHPB)进行了改进，实现了应力平衡，获得了常应变率下的应力-应变曲线(102～103s-1)。
　　(2)研究总结了浇注PBX的力学行为特征。该材料宏观上主要表现为非线性、粘弹性及大变形，从弹性模量、压缩强度、临界应变出发对其力学性能进行了应变率效应分析。准静态加载下浇注PBX的力学性能参数与应变率具有半对数关系;动态加载下的压缩强度近似为一恒值，临界应变随应变率增大而增大。
　　(3)通过扫描电子显微镜(SEM)对浇注PBX的细观破坏特性进行了观测。回收试样的断面分析表明，浇注PBX在准静态及动态加载下的细观破坏模式主要表现为粘结剂的断裂以及炸药晶粒与粘结剂的分离（脱粘）。
　　(4)分别建立了浇注PBX在动、静态一维压缩下的本构模型。根据材料非线性及损伤特性建立了低应变率条件下的非线性模型;通过粘弹性模型和超弹性模型的叠加，建立了高应变率下的粘超弹性模型，该模型描述了材料非线性、粘弹性及大变形特征，并较好体现了率相关特性。理论模型的预测与实验结果吻合良好。
　　(5)结合本文实验数据及模型参数，利用商业有限元软件LS-DYNA对浇注PBX在侵彻过程中的实际响应进行了数值模拟。讨论了浇注PBX作为实际装药的受力和变形过程。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 浇注PBX的典型配方及工艺

1．3 浇注PBX的力学行为特征与本构模型进展

1．3．1 宏观力学性能

1．3．2 细观破坏模式

1．3．3 含能材料的本构关系

1．4 本文主要研究内容

第二章 实验原理及技术

2．1 引言

2．2 实验样品设计

2．3 万能材料试验机

2．4 分离式Hopkinson压杆

2．5 SHPB用于浇注PBX的技术改进

2．5．1 入射波整形技术

2．5．2 弱透射信号测量

2．6 本章小结

第三章 静态与动态下的力学行为与失效分析

3．1 引言

3．2 准静态加载下浇注PBX的力学行为

3．3 动态加载下浇注PBX的力学性能

3．4 浇注PBX细观破坏模式分析

3．4．1 原始试样

3．4．2 低应变率压缩破坏试样

3．4．3 高应变率试样

3．5 本章小结

第四章 浇注PBX的本构模型

4．1 引言

4．2 浇注PBX的低应变率本构模型

4．3 浇注PBX的中高应变率本构模型

4．3．1 粘弹性理论

4．3．2 橡胶材料超弹性理论

4．3．3 浇注PBX的动态本构模型

4．4 本章小结

第五章 基于动态试验参数的侵彻数值模拟

5．1 引言

5．2 数值模拟工具LS-DYNA简介

5．3 材料模型与算法

5．3．1 弹体材料模型

5．3．2 装药材料模型

5．3．2 靶体材料模型

5．4 实体模型

5．5 弹体侵彻混凝土过程中装药的力学性能

5．5．1 弹体与装药整体过载特性分析

5．5．2 浇注PBX装药的受力分析

5．5．3 浇注PBX装药的变形分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

攻读硕士学位期间参与的课题

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

参考文献