反應(yīng)材料沖擊壓縮行為的三維細(xì)觀數(shù)值模擬

楊相禮，何 勇，何 源，王傳婷，徐 濤，田偉璽，周 杰

（1. 南京理工大學(xué)智能彈藥技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210094；2. 湖北航天飛行器研究所，湖北 武漢 430035）

反應(yīng)材料(Reactive materials)又稱(chēng)活性材料、多功能含能結(jié)構(gòu)材料，是一種由兩種或兩種以上的材料制備而成的復(fù)合材料。由反應(yīng)材料制成的活性毀傷元在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行毀傷的過(guò)程中，材料因受到?jīng)_擊而釋放出大量的化學(xué)能并引發(fā)燃燒、爆炸等附加毀傷效應(yīng)[1-2]，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行多重毀傷。由于其巨大的軍事應(yīng)用前景，以鋁/聚四氟乙烯(Al/PTFE)、鋁/鎳(Al/Ni)為代表的反應(yīng)材料近年來(lái)受到廣泛的重視。

早期關(guān)于反應(yīng)材料的研究主要集中在制備工藝及其反應(yīng)行為和毀傷效應(yīng)上，徐松林等[3-4]、趙鵬鐸等[5]對(duì)Al/PTFE 反應(yīng)材料的制備工藝、力學(xué)性能等進(jìn)行了研究。周杰等[1,6]研究了Al/W/PTFE 反應(yīng)材料組分配比與顆粒粒徑對(duì)反應(yīng)材料準(zhǔn)靜態(tài)壓縮性能與沖擊釋能特性的影響。Xiong 等[7-8]使用準(zhǔn)密閉容器研究了PTFE、Cu 等添加劑對(duì)Al/Ni 反應(yīng)材料沖擊釋能行為的影響。

隨著研究的深入，越來(lái)越多的研究表明反應(yīng)材料在細(xì)觀尺度上的響應(yīng)行為對(duì)材料的沖擊釋能行為有重要的影響，而現(xiàn)有的理論及試驗(yàn)手段在揭示細(xì)觀響應(yīng)行為上具有一定的局限性。鑒于此，一些學(xué)者將多尺度方法應(yīng)用到反應(yīng)材料的研究中，例如：Eakins 等[9]、Aydelotte 等[10]采用二維數(shù)值方法對(duì)不同疏松度及顆粒形態(tài)的Al/Ni 材料的沖擊響應(yīng)行為進(jìn)行了深入的研究；Qiao 等[11]采用隨機(jī)投放方法建立了Al/W/PTFE 反應(yīng)材料的細(xì)觀有限元模型；Ge 等[12]基于材料的真實(shí)細(xì)觀特性統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立了Al/PTFE反應(yīng)材料的細(xì)觀力學(xué)模型?！?br>