基于CT图像的Al/PTFE反应材料冲击压缩行为的三维细观模拟研究

摘要

为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)反应材料的细观冲击响应,采用理论与数值模拟的方法对Al/PTFE反应材料的冲击压缩行为进行了研究.基于三项式物态方程和混合物叠加原理,计算了Al/PTFE反应材料的冲击Hugo-niot曲线及Al与PTFE材料的冲击压力—冲击温升关系;采用纳米CT获得了材料的三维细观图像,并采用数字图像处理和网格映射方法,建立了基于材料真实细观结构的三维有限元模型,计算获得的冲击Hugoniot关系与理论结果吻合较好.数值模拟研究结果表明,Al/PTFE反应材料在细观冲击压缩过程中,材料细观尺度上的波阵面呈不平整状态;铝颗粒主要受到沿冲击方向上的压缩作用,形状并未发生明显改变,W颗粒的加入使邻近的Al颗粒剧烈变形;冲击压缩后PTFE基体的温度明显高于Al颗粒的温度.当撞击速度为1500m/s时,PTFE基体的温度达3000K以上,而铝颗粒仅为400 K左右.