为了研究固体推进剂的断裂性能和裂纹扩展机理,介绍了固体推进剂断裂及裂纹扩展的理论研究和常见数值仿真方法,指出扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)是模拟固体推进剂断裂最常见的数值仿真方法; 总结了固体推进剂断裂特性的影响因素,对固体推进剂界面脱湿机理试验研究进行了综述。其中,相较于裂纹尺寸和加载速率,温度、老化和围压3种因素可以改变固体推进剂的裂纹扩展机理。最后对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望,认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附

针对纳米铝粉表面物化性质带来的在含能材料领域中的应用缺陷,综述了纳米铝粉的可控制备方法、活性保护方法,以及保护前后铝粉热性能、能量性能的变化; 重点比较了不同制备方法的优劣,并分析了包覆方法对改性体系热反应活性的影响。在此基础上,提出了纳米铝粉未来的发展方向:研发提高纳米铝粉在复合含能材料中分散性的方法; 探究包覆材料与纳米铝粉结合方式对体系性能的影响机理; 加强改性纳米铝粉的应用研究。指出未来研究应进一步聚焦于改性纳米铝粉与环境兼容性的探索,以提升纳米铝粉在复杂条件下的应用效果。附参考文献66篇。

为了探索工艺简单、性能调控空间大的合成方法,获得性能优良的含能化合物,以2,3-二氨基-2-丁烯二腈为原料,经环化、加成等步骤合成了4,7-二氨基三唑并[4,5-d]哒嗪(DATP),再进一步与硝酸、高氯酸和碘酸通过非共价键自组装策略合成了3种新型含能化合物(化合物3～化合物5); 采用核磁共振谱、X-射线单晶衍射分析对其结构进行表征,并测试其热稳定性和机械感度; 并运用EXPLO5 V6.05.02软件计算得到化合物的爆轰性能。结果表明,4,7-二氨基三唑并[4,5-d]哒嗪硝酸盐(化合物3, T_d=229.1℃)和高氯酸盐(化合物4, T_d=220.5℃)表现出良好的热稳定性; 3种化合物(化合物3、化合物4和化合物5)的理论爆速分别为7435、7472和5877m/s,理论爆压分别为19.9、21.9和17.8GPa,计算得出的比冲分别为195、205和151s。其中4,7-二氨基三唑并[4,5-d]哒嗪高氯酸盐(化合物4)撞击感度(IS>40J)低于RDX和3,6,7-三氨基-7H-[1,2,4]三唑并[4,3-b][1,2,4]三唑高氯酸盐(TATOT·ClO₄),且3种化合物的摩擦感度均低于或与RDX的摩擦感度相当。

为研究嘧啶类含能化合物的爆轰性能与其分子结构的构效关系,根据嘧啶类含能化合物分子中原子相互连接的空间特性,提出了一种新的分子结构指数——定位校正指数B; 此外还计算了19个含能化合物分子的电拓扑态指数,并优化筛选出其中的E₁₃作为分子结构描述符,将E₁₃与定位校正指数B结合,与嘧啶类含能化合物的爆轰性能进行回归分析; 将B和E₁₃这两种结构指数作为BP神经网络的输入变量,神经网络结构采用2-3-1的结构方式,构建了预测嘧啶类含能化合物爆轰性能好的神经网络法模型。结果表明,每个模型的总相关系数均超过0.99,达优级相关,计算得到的氧平衡、爆热、爆速和爆压的预测值与文献值的平均相对误差分别为1.59%、1.05%、0.37%和1.28%; 如将指数扩展到与噁三唑稠环类含能材料分子、含氟唑类含能化合物分子的爆轰性能等进行分析预测,同样能得到令人满意的结果。说明嘧啶类含能材料分子的爆轰性能与定位校正指数、电拓扑态指数有良好的非线性关系。

为研究通过静电喷雾制备 Cu-en/AP 复合微球的最佳工艺条件,并揭示静电喷雾过程中液滴性质和流速变化对实验结果的影响,采用 ANSYS(Fluent)模拟正交实验设计静电喷雾法制备Cu-en/AP复合微球的最佳工艺条件; 采用控制变量法模拟流速、溶剂比和固体质量对实验结果的影响。结果表明,流速为 2.67×10^-3kg/s,丙酮与去离子水的质量比为1.5:1.0,固体质量为200mg的工艺条件下,复合微球的理论粒径可以达到纳米级。由静电喷雾发射的液滴在电场内的运动轨迹没有明显的偏差。模拟结果表明,颗粒直径随流速的增加而减小,在此过程中,当流速为1×10^-3kg/s时,这种下降趋势开始缓和; 当增加溶剂比(丙酮含量较高)时,在刚开始时粒径减小,该趋势一直持续到比例为1.5:1.0左右,而后逐渐增大; 固体质量的增加也会导致颗粒直径的减小。在固体质量约为220mg 时,颗粒直径开始线性增加。通过最后的SEM扫描电镜图证实了在该工艺条件下Cu-en/AP复合微球达到了纳米级。

为了研究熔铸装药凝固过程中颗粒运动特性,以含铝的DNAN基混合炸药为对象,基于欧拉-拉格朗日方法建立了三维非稳态液-固两相流模型,分析了铝粉颗粒在熔融态炸药中的运动规律,研究了熔融态炸药表观黏度和铝粉颗粒大小对颗粒运动的影响。结果表明,凝固过程初期铝粉颗粒整体保持向下运动趋势,随着熔融态炸药内部形成温度梯度以及环流的产生,在受冷凝固区域会形成中部颗粒上浮、四周颗粒下沉的运动现象,而在未受冷区域会形成中部颗粒下沉、四周颗粒向上的运动现象,最终导致颗粒分布不均,影响成型炸药的组分均匀性; 同时发现铝粉颗粒直径越大,熔融态炸药表观黏度对颗粒运动速度影响越大,随着颗粒变小,表观黏度的影响减弱。说明对于含铝DNAN基炸药,根据炸药黏度范围合理匹配铝粉颗粒大小会有效防止发生铝粉颗粒沉降现象。

为研究三过氧化三丙酮(TATP)在空中的爆炸冲击波传播规律,使用拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对自制TATP进行了结构检测; 而后利用冲击波测试系统测试了TATP在空中的爆炸冲击波参数,分析了峰值超压、正压作用时间、比冲量及冲击波速度随比例距离的变化规律; 拟合了TATP的峰值超压、正压作用时间、冲量经验公式,计算了TATP的TNT当量。结果表明,TATP的峰值超压、比冲量随比例距离不断降低,衰减幅度也随比例距离减小,二者实测值平均为TNT的0.87倍与0.73倍,使用超压换算TATP的TNT当量为75.39%; 正压作用时间受装药质量与装药距离的双重影响,装药质量与距离越大,正压作用时间越长; TATP与TNT正压作用时间随比例距离的平均上升速率分别为0.066和0.100,在近场TATP正压作用时间大于TNT,而当比例距离大于3.646m/kg^1/3时,其正压作用时间逐渐小于TNT。表明TATP空中爆炸冲击波参数满足爆炸相似律,拟合所得经验公式适用于TATP爆炸威力评估及理论计算。

为研究弧锥结合药型罩形成爆炸成型弹丸过程中,药型罩圆弧-锥角部分对爆炸成型弹丸性能的影响,控制其他变量保持不变,取圆弧-锥角在药型罩母线长度所占比例分别为1/7、2/6、3/5、4/4、5/3、6/2、7/1,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行模拟计算,得到相应数值模拟结果,最后通过试验验证数值模拟结果,分析了不同比例圆弧-锥角药型罩形成爆炸成型弹丸数值模拟结果中的速度、长度、压实状况等参数。结果表明,爆炸成型弹丸的速度随圆弧-锥角比例的增大而逐渐减小并在比例为3/5后保持稳定; 弹丸断裂时间随圆弧-锥角比例的增大而减小; 圆弧-锥角比例为3/5～5/3之间弹丸均断裂为3个部分,6/2比例从中间断裂,3/5至7/1比例中,变化不明显; 综合比较速度、断裂时间、断裂部分数等参数,圆弧-锥角比例为5/3速度最大为2123m/s、断裂数量最少为3、压实程度良好,飞行性能和侵彻能力等综合性能更好。通过试验测量弹丸速度,与数值模拟结果误差在5%左右,充分证实研究结果的可靠性。

为了研究HTPB复合固体推进剂药浆浇铸的最佳工艺参数,采用实验与理论模拟相结合的方法,基于HTPB复合固体推进剂药浆流变性能建立了推进剂药浆流动过程的本构模型; 利用有限元软件对HTPB复合推进剂药浆浇铸工艺进行仿真,通过实验验证了仿真结果的可靠性; 并对该推进剂药浆浇铸工艺进行了优化,获得了最佳浇铸工艺参数。结果表明,HTPB推进剂是典型的假塑性流体,其黏度随剪切速率增大而降低; 实验与仿真对比后的气孔率及浇铸时间误差分别为12.5%和11.25%; 其中,温度对浇铸时间的影响最明显,真空度对气孔率影响最明显。

为了研究发射药塑化过程中的特征参数,基于双螺杆“塑化-挤出”的方法,研究了溶剂、增塑剂种类和塑化时间对单基药塑化工艺的影响; 利用Owens三液法计算乙酸乙酯(EAC)、四氢呋喃(THF)、丙酮(ACE)和1:1醇酮混合溶剂塑化后NC的表面张力,并进一步研究了不同增塑剂对表面张力的影响。结果表明,1:1醇酮混合溶剂塑化90min后NC表面张力最高(43.07mN/m),且不会粘壁粘杆,是本研究中最合适的溶剂; 通过接触角计算不同塑化时间时不同含氮量(12.14%、12.80%和13.45%)NC的表面张力,其表面张力最大值均出现在90min; 拉伸力学性能研究表明塑化时间为90min时,12.80%NC的单基药同时具有最大抗拉强度(39.10MPa)和最大断裂伸长率(16.9%),与经验法判断塑化效果较好的时间一致; 含氮量12.14%和12.80%NC表面张力最大值随着增塑剂含量的增加均提前至60min出现,13.45%NC表面张力最大值仍于90min时出现; 对应条件下,各组样品的抗拉强度及断裂伸长率与表面张力具有相同的变化趋势。因此,在NC塑化过程中,表面张力与溶剂、增塑剂和塑化时间相关,且与拉伸力学性能变化趋势具有一致性,可作为发射药塑化效果初步判断的特征参数之一。