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PBX熱強度評估相關技術研究

文章來源:科技信息中心編輯室   時間:2019-1-14 14:39:00 訪問數:

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高聚物黏結炸藥(PBX)導熱性能差、力學強度低在溫差較大的環境下PBX構件易出現損傷、甚至宏觀裂紋降低了武器的安全性和可靠性亟需探究掌握寬溫域PBX構件的熱強度。重大課題攻關項目組結合實驗監測技術和模擬預測方法開展了PBX熱強度評估研究。開展聲發射損傷監測技術研究判斷寬溫域的PBX損傷起裂,研究可在狹縫空間內測量溫度和應變的光纖傳感器及其解調方法,對復雜PBX構件進行熱應力的模擬計算,預測PBX構件薄弱部位的熱損傷條件。通過熱強度監測試驗和數值模擬計算相結合、互為迭代驗證的評估研究,已獲得多種重要PBX構件和新型配方PBX的熱強度,為提高PBX抗熱沖擊能力、保證武器可靠性提供基礎。

1  聲發射損傷監測技術

為了得到PBX炸藥構件在熱載荷下的結構強度,采用聲發射技術監測了其響應過程。通過聲發射信號事件數量確定了損傷出現及發展的各個階段:裂紋萌生、裂紋擴展和斷裂,該損傷監測技術已應用于多種PBX試件、構件以及武器試驗裝置的熱強度分析,并在新型高熱強度PBX性能評估中發揮了重要作用,監測結果如圖1所示。

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2  基于光纖傳感器的溫度、應變測量技術

基于光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Gratings, FBG)敏感特性,開發了FBG光纖傳感器,并應用于PBX試件表面溫度及應變監測。與傳統監測手段相比,FBG光纖傳感器不僅具有測量精度高、響應速度快、抗干擾能力強等優點,而且僅需一根光纖便可將所有傳感器串聯接入監測儀器,極大減少了信號線的占用空間。

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3  熱應力數值分析

利用有限元方法模擬了PBX試件熱沖擊過程,獲得了其溫度及應力分布情況,給出了損傷起始位置(結構危險點)及發生時間。開展了溫度沖擊驗證試驗,如圖4所示。結果表明:試件表面溫度與數值模擬基本一致,聲發射活性階段與模擬得到的結構最大溫差階段吻合。目前有限元數值模擬方法已和聲發射監測技術結合,普遍應用于多種炸藥構件的熱沖擊損傷機理及熱強度研究。

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