PBX?9502 的熱循環(huán)不可逆變形機(jī)理數(shù)值模擬分析

王 藝，黃西成

（中國工程物理研究院總體工程研究所，四川 綿陽 621999）

1 引言

高聚物黏結(jié)炸藥（Polymer Bonded Explosive，PBX），在細(xì)觀上可以看作由形狀不規(guī)則、位置分布隨機(jī)、尺寸滿足一定級配關(guān)系的顆粒性主體炸藥，高聚物黏結(jié)劑，以及炸藥顆粒/黏結(jié)劑界面組成的多相非均質(zhì)材料或混合物［1-2］，屬高填充復(fù)合材料（highly?filled polymer composites）［3］。本研究選取PBX?9502 作為研究對象，其含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%的三氨基三硝基苯（TATB）晶粒和5%的黏結(jié)劑［4］。

在實(shí)際使用過程中，由于晝夜、季節(jié)的變化，PBX材料會經(jīng)受一系列的熱循環(huán)加載，產(chǎn)生不可逆的體積增長，這種不可逆的體積增長現(xiàn)象被稱作熱棘輪增長［5］。在熱作用下，炸藥熱脹冷縮產(chǎn)生宏觀上的尺寸變化和各向異性體積膨脹，產(chǎn)生的藥殼間隙則使得武器戰(zhàn)斗部裝藥在振動、沖擊、熱加載環(huán)境中容易與殼體發(fā)生摩擦、碰撞，影響系統(tǒng)的安全使用［6］。國內(nèi)外學(xué)者對PBX 材料的熱棘輪增長現(xiàn)象開展了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)熱循環(huán)加載后PBX 炸藥感度增加［7-9］，其主要原因是熱膨脹過程中產(chǎn)生了新的孔隙或已有的孔隙發(fā)生變化［10］，例如Willey 等［11］發(fā)現(xiàn)Φ10×0.8 mm 的PBX?9502圓柱體經(jīng)過熱循環(huán)后空腔數(shù)量和尺寸增加，孔隙體積分?jǐn)?shù)從1.6%增長至2.5%。

Thompson 等［12-13］通過實(shí)驗(yàn)探索PBX?9502 在熱加載過程中出現(xiàn)的不可逆體積增長現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)其體積增長的幅度會隨著周期的增加而逐漸減小，在發(fā)生體積增長的樣品中，其拉伸斷裂應(yīng)力和彈性模量均較低，包含了更細(xì)的孔隙，孔隙的分布也更廣，并且Mcgrane 等［14］發(fā)現(xiàn)PBX?9502 在不可逆變形過程中產(chǎn)生的孔隙主要是晶間裂紋。……