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谈述损伤高品质HMX在压装PBX中的晶体损伤论文封面格式

摘要:压装型高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives, PBX)具有主体炸药含量高、力学性能优良、爆轰性能好、工艺简单、生产周期短等优点,在现代先进战斗部中得到广泛运用。压装型PBX在成型历程中需要经受高温高压的作用,在药柱内部会产生炸药晶体的破损或断裂、炸药晶体与粘结剂的界面脱粘等现象,以而导致PBX药柱内部形成损伤和裂纹,这种微观层面的损伤和裂纹不仅对PBX药柱的力学性能会有显著影响,而且会对药柱的安全性能产生显著影响。通常PBX药柱内部缺陷来源主要包含两类,一是炸药原材料内部的孔洞、裂纹等初始缺陷,二是在压装成型历程中产生的新的损伤。由此探讨PBX药柱内部的损伤形成机制和演化机制对于深入探讨PBX的安全性、力-热作用下的反应机制具有重要作用。为了提升武器弹药在战场环境下的存活能力,如何提升武器系统的安全性一直是国内外含能材料领域探讨者的关注焦点。高品质炸药的研制和运用是提升炸药安全性的重要途径,运用高品质炸药作为PBX的主炸药可以有效减少原材料的初始缺陷。本论文针对国内外利用广泛的奥克托今炸药(HMX),深入探讨HMX的晶体特性对压装PBX在成型历程中损伤的形成和影响规律,并探讨降低炸药晶体在压制历程中损伤产生的途径,以期得到影响损伤程度的因素和规律。本论文以普通商用HMX和高品质HMX为探讨对象,采取单轴压缩、声发射技术、多种显微观测技术、定量表征手段和数值模拟相结合的策略,探讨了HMX晶体在压制历程中的损伤机制,主要取得了以下结果:(1)利用多种显微观察技术,如扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OMS)和偏光显微镜(PLM)等,并结合颗粒粒径统计浅析、小角X射线散射技术(SAXS),光电子能谱(XPS)、毛细渗透法等手段,对不同配方的PBX中的HMX晶体颗粒的损伤和影响因素进行了探讨浅析,结果发现,普通HMX和高品质HMX在同等压力下(40kN)发生的损伤程度相似;压力越高,HMX颗粒的破碎越严重,但随着压力的升高,损伤增加的走势逐渐减缓;炸药颗粒集聚体的力学强度与粘结剂的包覆协同影响颗粒损伤的产生,当炸药颗粒粒径小或有级配时,其力学强度大,粘结剂的包覆度高,晶体损伤也相对较小,由此欲减少炸药颗粒在压制历程中的损伤,应多考虑小颗粒或级配装药作为主体炸药;TATB的加入可以提升药柱的成型性,并在压制历程中起到润滑效果,减少HMX晶体压制损伤的产生。(2)采取声发射策略探讨HMX颗粒聚集体在单轴压缩历程中的损伤形成机制。声发射在线监测结果记录了炸药颗粒在压制历程中重排、断裂等行为发生的规律,表明HMX炸药颗粒集聚体在升压—保压单轴压缩中,能量累积—断裂重排—能量累积的循环状态导致声发射信号的不连续性;随着压力的升高,声发射信号密度和强度都有所加强,表明压力越高晶体损伤越严重;保压阶段,声发射信号迅速减少,表明HMX晶体压制损伤的出现大多集中在升压历程中。(3)利用VASP软件对HMX单晶进行了等比压压缩模拟,得到了HMX单晶的压缩特性曲线,与实验值符合较好;并且发现高压下(33.74GPa)HMX晶胞中O原子的转移行为,为HMX炸药的起爆机理提供参考。 关键词:PBX论文 高品质HMX论文 单轴压缩论文 压制损伤论文 等比压论文 模拟论文
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    摘要3-5

    Abstract5-9

    1 绪论9-25

    1.1 探讨背景和作用9-10

    1.2 国内外探讨近况10-23

    1.2.1 高品质炸药的进展及运用10

    1.2.2 压装PBX中炸药晶体压制损伤的形成10-13

    1.2.3 炸药晶体损伤对PBX宏观性能的影响13-16

    1.2.4 压装PBX中炸药晶体损伤的表征16-17

    1.2.5 压装PBX中晶体的损伤模型17-23

    1.2.6 小结23

    1.3 本论文主要工作23-25

    1.3.1 探讨内容、目标23

    1.3.2 采取的探讨策略、技术路线23-24

    1.3.3 探讨特点与革新点24-25

    2 探讨策略25-31

    2.1 原材料的选择与制备25-29

    2.2 HMX损伤及性能表征策略29-31

    3 压装PBX中HMX晶体颗粒的压制损伤31-65

    3.1 不同品质HMX颗粒的损伤探讨31-39

    3.1.1 成型性浅析31-32

    3.1.2 HMX颗粒形貌浅析32-33

    3.1.3 压制前后HMX颗粒粒径变化33-35

    3.1.4 压制前后HMX颗粒表面积变化35-37

    3.1.5 HMX颗粒的力学性能浅析37-38

    3.1.6 小结38-39

    3.2 压制压力对高品质HMX颗粒的损伤探讨39-45

    3.2.1 HMX颗粒形貌浅析39-41

    3.2.2 压制前后HMX颗粒粒径变化41-42

    3.2.3 压制前后HMX颗粒表面积变化42-43

    3.2.4 不同压力下HMX基PBX切片43-44

    3.2.5 颗粒损伤对力学性能的影响44-45

    3.2.6 小结45

    3.3 不同粒径高品质HMX颗粒的损伤探讨45-57

    3.3.1 成型性浅析46

    3.3.2 HMX颗粒形貌浅析46-48

    3.3.3 压制前后HMX颗粒粒径变化48-49

    3.3.4 压制前后HMX颗粒表面积变化49-50

    3.3.5 影响不同粒径HMX颗粒损伤的因素浅析50-56

    3.3.6 小结56-57

    3.4 TATB/HMX基PBX中高品质HMX颗粒损伤57-59

    3.4.1 成型性浅析57-58

    3.4.2 晶体损伤表征与浅析58-59

    3.4.3 小结59

    3.5 HMX晶体颗粒压制历程中力学行为探讨59-65

    3.5.1 HMX晶体颗粒在单轴压下的声发射特点60-61

    3.5.2 HMX力学行为与声发射特点的关联性浅析61-63

    3.5.3 造型粉力学行为与声发射特点的关联性浅析63-64

    3.5.4 小结64-65

    4 高压下HMX晶体损伤模拟65-72

    4.1 引言65

    4.2 VASP软件介绍65-66

    4.3 本模拟计算策略66

    4.4 结果与讨论66-71

    4.4.1 HMX晶体的能态方程66-67

    4.4.2 HMX晶胞的结构变化67-69

    4.4.3 HMX晶胞中的电荷转移69-71

    4.5 本章小结71-72

    5 结论与展望72-74

    5.1 结论72-73

    5.2 展望73-74

    参考文献74-79

    攻读硕士学位期间发表的论文79-80

    致谢80

和高品质HMX为探讨对象,采取单轴压缩、声发射技术、多种显微观测技术、定量表征手段和数值模拟相结合的策略,探讨了HMX晶体在压制历程中的损伤机制,主要取得了以下结果:(1)利用多种显微观察技术,如扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OMS)和偏光显微镜(PLM)等,并结合颗粒粒径统计浅析、小角X射线散射技术(SAXS),光电子能谱(XPS)、毛细

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