CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究
    含能材料 | 2024年第4期
  • 高固含量NTO的连续流合成及性能表征
    含能材料 | 2024年第3期
  • 基于原位拉伸的HTPB推进剂多尺度损伤演化分析
    含能材料 | 2024年第2期
  • 铝锂合金稳定化包覆及其推进剂应用
    含能材料 | 2024年第1期
  • 液滴限域结晶制备CL-20/HMX共晶毫米空心球及其性能
    含能材料 | 2023年第12期
  • Energetic Materials Frontiers ESCI收录
  • 液滴微流控技术制备DAAF/氟橡胶复合微球
    含能材料 | 2023年第11期
  • 初始自由空腔体积对PBX-3炸药慢烤反应烈度的影响
    含能材料 | 2023年第10期
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  • 随着现代科技的高速发展,世界各国对高性能含能材料的需求越来越大。由于含能材料在生产过程涉及硝化等反应单元,而传统釜式反应器由于热质传递速率的限制,存在合成过程可控性差、效率低、危险性高等问题,极大地限制了高性能含能材料的应用和发展,也制约了国防技术快速高质量的发展。因此,化工过程技术和装备的自主创新是突破高性能含能材料等高端化学品制造短板的迫切需要。 为了提高硝化等强放热复杂反应过程的安全性,需要对反应过程进行精确操作和调控。国家安全监管总局发布的《精细化工反应安全风险评估导则》,明确要求对于危险反应工艺过程,要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法以降低风险。微通道反应技术具有高效的传热传质、本征安全和易于直接放大等特性,为解决含能材料制造难题和实现其绿色高效连续安全生产奠定重要基础。 为此特组织出版“含能材料通道式连续合成与安全评价”专题。本期专题共收到11篇论文,观点1篇,研究论文8篇,综述2篇,展示含能材料连续安全可控合成过程中备受关注的热点问题。希望通过本专题的出版,促进含能材料合成领域学者的广泛交流,推进相关技术发展,为实现含能材料连续安全生产提供技术支撑。
  • 固体推进剂作为航天固体动力的重要推进能源,通常属于非均质的颗粒增强复合材料,其结构本身的多尺度特性决定了在使役条件下发生变形、损伤、失效破坏等力学行为的复杂性,以及对微细观结构内部裂纹萌生、扩展、汇聚这一跨尺度非线性演化过程的依赖性。采用微-细-宏观的多尺度研究方法,对于深刻认识和准确描述使役条件下固体推进剂的力学行为具有重要意义。 固体推进剂结构组分空间分布的精确化统计分析、不同演化阶段损伤的精准辨识与有效表征、固体推进剂宏观力学性能变化和失效破坏内在机理的准确揭示、不同尺度下性能构效关系以及包含多尺度参数的本构关系的构建、基于多尺度数值模拟的固体推进剂力学行为精确预示,是备受关注的热点方向。围绕上述研究方向,国内研究者在试验观测、理论分析和数值模拟的新方法、新模型及新理论方面取得了许多重要突破。 为了集中展现固体推进剂多尺度力学行为研究的最新代表性成果,本专题共收录论文10篇,包括研究论文9篇,综述1篇。期望通过本专题的出版,能够促进固体推进剂等含能材料研究领域学者之间的交流与合作,推动相关行业基础研究的发展。在此,对“固体推进剂的多尺度力学行为”专题所有的作者及审稿专家的辛勤付出表示衷心的感谢!
  • 弹药安全关乎生命安全、平台生存。20世纪60年代到80年代,国外曾发生了多起弹药爆炸安全事故,造成了重大人员伤亡和财产损失,给弹药的安全使用和装备平台的生存力敲响了警钟,折射出弹药安全问题的极端重要性,迫切需要发展安全弹药。发展安全弹药是一项系统工程,涉及材料、器件、结构、装备等方方面面,综合性能优良的不敏感含能材料是确保弹药安全的核心与关键。近年来,我国在不敏感含能材料与安全弹药方面开展了大量研究,设计合成了系列性能优良的新型低感高能单质炸药、开发了系列不敏感高能混合炸药、获得了不同刺激下弹药及装药的安全响应机理认知、建立了弹药安全性试验评价方法、掌握了多种弹药的反应烈度控制技术,对推动我国弹药安全性的提升具有重要意义。为展示不敏感含能材料与安全弹药的最新研究成果,特组织出版“不敏感含能材料与安全弹药”专题。本期专题共收到13篇论文,研究论文10篇,综述3篇,均是安全弹药领域普遍关注的难点和研究热点。希望通过本专题的出版,能有效促进含能材料与弹药领域学者的广泛交流与讨论,加快相关技术发展,为提升装备的综合性能提供技术支撑。
  • 新型推进剂的制备与能量调控是未来高性能固体火箭发动机的关键技术,对于提升导弹武器的生存能力和打击精度具有重要意义。现有固体火箭发动机在推力按需输出方面存在瓶颈,而基于固体燃料可控能量释放的调控方法为提升动力系统的机动能力开辟了新思路。界面调控型铝基复合燃料、电控推进剂、多物理场耦合等先进材料和技术是当前备受关注的热点方向,已在实验室层面展示了优异的调控性能,具有良好的应用前景。固体燃料可控能量释放应以发动机需求为牵引,使可控释能特性适用不同的应用场景。可控燃烧技术的研发应注重基础研究与应用研究相结合,通过能量释放原理的创新实现技术突破。可控能量释放方向的发展须多学科多单位交叉融合,将成为军民两用的基础性、前沿性技术。
  • 高效毁伤技术是以提高武器弹药对目标毁伤效能为宗旨的多学科综合性技术体系,是实施高效火力打击以达到作战目的的关键技术。针对武器弹药打击的不同类型目标,研究其毁伤能量(力学、化学、电磁学及其耦合作用等)释放和控制技术,以实现对目标物理破坏或使目标功能丧失达到最佳效果的学科和技术方向。近年来随着战场目标防护技术的发展、现代战争作战模式的改变,对毁伤技术提出新的挑战。先进毁伤是以新型毁伤元材料、结构、加载驱动等为基础而发展的新概念、新原理、新质毁伤技术。近年来,国内外先进毁伤技术研究异常活跃,高水平学术成果不断涌现,各类的新概念、新原理毁伤技术蓬勃发展。从发展趋势来看,含能材料正朝着高能化、钝感化和能量利用率最大化方向发展,战斗部朝着高动能、多功能及低附带毁伤方向发展,引信将朝着智能化、微型化方向发展。为集中展示先进毁伤技术领域的最新研究成果,本专题面向国防建设和技术发展需求,针对含能材料、战斗部和引信等核心领域的毁伤效能进行研究和探索,推动我国先进毁伤技术的交流融合与创新发展。
  • 起爆与传爆技术作为火工品技术的重要组成部分,其本质是物理能量与化学能量的相互转化,承担着爆轰能量引发、传递、控制等功能,作为武器装备中最敏感的始发含能单元,起爆传爆技术对武器装备的安全性、可靠性和高效能均有重要影响,其技术多学科交叉和应用多领域跨越的特点,凸显了火工品技术的基础性。随着武器装备和国民经济的发展,起爆传爆技术在引信、战斗部、不敏感弹药、微小型弹药、智能弹药、民用爆破等领域的应用日趋广泛,产生了分布式起爆与传爆、微尺度起爆与传爆、信息可控起爆与传爆、不敏感起爆与传爆等新型技术。本专题聚焦新型换能元、起爆/传爆药剂、起爆传爆序列设计与装药、起爆传爆序列可靠性评估等研究内容开展专题征稿,以期呈现出国内在该领域的最新研究成果。
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    • 闫晓虹, 徐传豪, 李千兵, 牛康, 高磊, 安崇伟, 王晶禹

      优先出版日期:2024-03-25  DOI: 10.11943/CJEM2024040

      摘要:为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂(FEVE)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相的水包油(O/W)型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电子密度测试仪、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、同步热分析TG-DSC、撞击和摩擦感度测试仪对喷墨打印成型样品的密度、形貌、力学性能、热安全性能、撞击感度和摩擦感度进行了表征,对喷墨打印成型样品的爆速和临界尺寸进行了测试。结果表明:喷墨打印成型样品表面较平整,线平均粗糙度为7.346 μm,且内部颗粒分布紧实,内部的HMX未转晶,热稳定性及力学性能较好。样品的实测密度为1.5326 g·cm-1(83%TMD);样品的撞击能为7 J,摩擦荷重为144 N,截面尺寸1 mm×1mm打印样品的爆速为7076 m·s-1和临界尺寸为1 mm×0.087 mm,具有优异的安全性能和微尺度爆轰性能。

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    • 单骏鹏, 王山, 邓鹏飞, 唐维, 文乾乾

      优先出版日期:2024-04-07  DOI: 10.11943/CJEM2024029

      摘要:表观断裂韧性(Kc)是表征高聚物粘结炸药(PBX)抵抗裂纹萌生和裂纹扩展的重要材料性能,研究表观断裂韧性Kc的尺寸效应对预测不同尺度的PBX的起裂及失效行为具有重要意义。通过中心裂纹巴西圆盘(CSTBD)试验,对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应特性进行研究,通过断裂试验研究了不同裂纹长度(2,4,6,8,10 mm)对CSTBD试样表观断裂韧性Kc的影响。并采用了传统的最大切应力(MTS)准则以及考虑Willimas级数高阶项系数和断裂扩展区(FPZ)长度预估模型的修正最大切应力(MMTS)准则,对PBX代用材料的表观断裂韧性Kc的尺寸效应解释。结果发现,随着裂纹长度的增加,Kc从0.139 MPa·m0.5增长至0.251 MPa·m0.5,并且随着裂纹长度的增加Kc趋于稳定。在使用A3项修正的FPZ长度预估模型下,相较于传统的最大切应力(MTS)准则,使用修正的最大切应力(MMTS)准则能够很好地解释PBX代用材料表观断裂韧性Kc的尺寸效应。

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    • 何旭东, 张增明, 张朝阳, 薛向贵

      优先出版日期:2024-03-18  DOI: 10.11943/CJEM2023263

      摘要:含能晶体堆积结构是影响其感度的重要因素之一,通过晶体中分子层间滑移来缓冲外界刺激是降低含能材料感度的重要机制。为了更好地设计低感高能分子, 理解分子的几何形状与其晶体特性的内在关系十分重要。研究以剑桥晶体数据库中的CHNO类中性硝基分子为样本,采用假设检验方法(包括Z检验、t检验和χ2检验)研究了分子的几何形状与其晶体密度、堆积系数及可滑移性之间的关联性。结果表明,在球形、平面和线形分子中,球形分子有最高的晶体密度和堆积系数,但晶体可滑移性较弱;平面度高的平面形分子通过高堆积系数可获得与球形分子相当的晶体密度,同时平面形分子的晶体可滑移性较强,其χ2检验的置信度接近1;线形分子则不如前两者。虽然存在某些高晶体密度和堆积系数的含能晶体不具有可滑移的层状堆积结构,但整体而言,可滑移晶体的晶体密度和堆积系数均比不可滑移晶体大,其Z检验与t检验的置信度均大于0.95,表明通过设计易于发生分子层间滑移的晶体结构来降低其感度与提升晶体密度并不矛盾。平面形分子晶体密度一般较高,与晶体可滑移性强相关,是设计低感高能分子的首选。

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    • 吕亮亮, 张伟斌, 李公平, 潘小东, 张才鑫, 杨亚飞, 张催

      优先出版日期:2023-12-12  DOI: 10.11943/CJEM2023212

      摘要:高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive, PBX)内部裂纹对其性能及可靠性具有明显影响,裂纹的精确识别是PBX内部质量检测的关键。针对PBX内部裂纹识别,基于U-Net和SegNet两种像素级图像识别网络,建立了5种深度学习网络,对比研究了网络连接方式和预训练模型对裂纹识别的影响。基于CT获取的PBX裂纹图建立了数据集,对5种网络进行了训练,采用准确率(A)、F1值(F1)和平均交并比(MIoU)指标对网络进行了评估,在此基础上选择细节识别性能最优的网络用于PBX裂纹的识别和量化分析。结果表明,针对裂纹像素级识别,U-Net型网络优于SegNet型网络,网络中Concatenate操作比Pooling Indices操作保留更多图像细节信息,采用预训练模型MobileNet和ResNet可以提高网络训练速度,但导致其裂纹像素级识别性能降低。利用建立的识别方法开展PBX裂纹识别研究,实现了对PBX裂纹的像素级识别,裂纹检出率0.9570,单像素识别准确率为0.9936,MIoU为0.9873,相对裂纹面积为0.7585。

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    • 杜慧英, 屈智慧, 夏江璐, 杨雅麟, 李馨宇, 秦逸枫, 伍波, 马丛明

      优先出版日期:2023-12-26  DOI: 10.11943/CJEM2023201

      摘要:以2,2-二硝基-1,3-丙二醇为原料,分别与叔丁胺和乙二胺反应后再经硝化,合成了2种爆轰性能优异、热稳定性良好的氮杂脂肪环含能化合物:1,3,5,5-四硝基六氢嘧啶(DNNC)与1,4,6,6-四硝基-1,4-二氮杂环庚烷(TNDA)。利用核磁波谱、红外光谱、X射线单晶衍射等手段对目标化合物进行了结构表征;利用差示扫描量热-热重联用研究了其热分解行为;采用BAM测试方法测试了DNNC与TNDA的撞击感度和摩擦感度;基于等键方程与EXPLO5预测了其生成焓与爆轰参数。结果表明,DNNC单晶中环己烷骨架与TNDA单晶中环庚烷骨架均为椅式构象,两种化合物都存在广泛的分子间、分子内非经典氢键;DNNC的相变温度为155.0 ℃,热分解温度为215.3 ℃,TNDA的相变温度为154.5 ℃,热分解温度为205.9 ℃;DNNC的撞击感度为25 J、摩擦感度为144 N,TNDA的撞击感度为17.5 J、摩擦感度为240 N,均比黑索今(RDX)与奥克托今(HMX)钝感;两种化合物的理论爆速分别为8772 m·s-1、7828 m·s-1,理论爆压分别为34.8 GPa、25.0 GPa。

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    • 薛皓琦, 余永刚

      优先出版日期:2024-01-05  DOI: 10.11943/CJEM2023206

      摘要:为了深入认识液体工质电热化学炮中等离子射流的点火过程,开展了等离子射流在液体发射药LP1846模拟工质中扩展特性的研究,建立了等离子射流在液体中扩展的二维轴对称非稳态数学模型,并与基于液体工质为水的文献实验进行模型验证。在此基础上对等离子射流在LP1846液体发射药模拟工质中的扩展过程进行数值模拟,分析等离子射流在扩展过程中形态的变化以及射流场压力、速度和温度的分布特性。结果表明,扩展过程中由于Taylor-Helmholtz不稳定性,等离子射流和液体发射药模拟工质两相间存在湍流掺混现象,并随着扩展逐渐加剧,表现为射流头部凸出并逐渐轴向拉长形成尖头,同时射流卷吸液体发射药模拟工质在Taylor空腔中产生液滴,且数量逐渐增多。此外,等离子射流扩展过程中近喷孔处由于液体发射药模拟工质回流而出现颈缩现象。射流场由于膨胀波-压缩波交替作用而存在波动现象,且在近喷孔处尤为剧烈,表现为压力场呈现高低压相间分布,速度场也呈类似分布。

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    • 薛会会, 黄娟, 张阿磊, 陈可泉, 周杰, 丁亚军, 肖忠良

      优先出版日期:2024-02-03  DOI: 10.11943/CJEM2023203

      摘要:为发展绿色无毒、操作简单且结果准确的NC含氮量测量方法,基于硝化纤维素(NC)在碱液中水解后产生的亚硝酸根(NO2-)与硝酸根(NO3-)的摩尔比与NC含氮量之间的线性关系,采用紫外分光光度计法分析了NC含氮量。在相同的反应条件下水解5种已知含氮量的NC标品,通过紫外分光光度计测定了水解液中的NO2-和NO3-含量,对测量体系的反应条件进行了优化;通过最小二乘法确定NO2-和NO3-的摩尔比(y)与NC标品含氮量(x)之间的线性关系;最后用3种验证用NC样品对此法进行验证。结果表明,通过紫外分光光度计可同时测定碱解液中NO2-和NO3-的含量,其最佳反应条件为:氨基磺酸浓度为20 g·L-1,反应时间为30 min;在最佳反应条件下得到了R2为0.9893的yx间的线性关系式;验证结果表明,采用紫外分光光度计法得到的含氮量与实际含氮量非常吻合,相对标准偏差RSD(n=4)均小于0.150%。

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    • 史喆, 赵媛媛, 马志伟, 杨玉林, 张健, 王旭文, 梁家燕

      优先出版日期:2024-03-22  DOI: 10.11943/CJEM2023268

      摘要:为了解决纳米铝热剂的制备工艺中组分分布不均匀和燃烧效率低等问题,采用层层组装技术将铜-均苯三甲酸(Cu(BTC))和铁-均苯三甲酸(Fe(BTC))交替包覆在nAl表面,制备核壳结构nAl@Cu(BTC)/Fe(BTC)纳米铝热剂,并对其结构、形貌、热反应性能(铝热反应温度)和燃烧性能(燃烧时间、点火延迟时间和燃烧温度等)进行研究。结果表明:层层组装技术可以调控包覆层的厚度和形貌,随着包覆层厚度的增加纳米铝热剂从粗糙疏松逐渐变得光滑致密;交替包覆12层Cu(BTC)/Fe(BTC)的纳米铝热剂燃烧剧烈,火焰传播速率较快,在0.710 s内火焰达到最大,具有适中的点火延迟时间(0.509 s)、最短的燃烧时间(2.036 s)和最高的燃烧温度(1425 ℃),此时,Cu(BTC)和Fe(BTC)的协同作用使其铝氧化反应温度峰值降低到552.5 ℃和735.0 ℃。

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    • 黄琪, 刘丽, 金波, 彭汝芳

      优先出版日期:2023-12-31  DOI: 10.11943/CJEM2023169

      摘要:以5,5"-{[3,3"-双(1,2,4-噁二唑)]-5,5"-基}-双(1-羟基四唑)为配体,通过溶剂热法制备了一种新型含能铁簇化合物 [Fe2(μ2-CH3O)(μ3-OH)(μ2-O)(BODTO2-)(H2O)]41),并对其进行了单晶X-射线衍射、差示扫描量热和热重分析等表征,分析了其结构和热稳定性,同时通过差热分析仪研究了化合物1对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。测试结果表明,化合物1为立方晶系I-43d空间群,密度为1.506 g·cm-3;晶体结构中Fe3+与Fe3+通过氧原子桥联,形成笼状结构;热分解峰值温度为513.9 K、617.6 K和669.4 K;爆速为6.94 km·s-1,爆压为19.09 GPa;撞击感度为15 J,摩擦感度为360 N。当添加质量分数为10%的化合物1时,AP的高温分解温度降低65 K,活化能降低82.2 kJ·mol-1,证实该铁簇化合物对AP的热分解具有较好的催化活性,具有应用于含能燃烧催化剂的潜质。

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    • 刘俊, 梁爽, 刘向阳, 郜婕

      优先出版日期:2024-02-26  DOI: 10.11943/CJEM2023236

      摘要:为了揭示硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂基体内高分子链结构演化与超弹性力学行为间的构效关系,采用多尺度方法,对复杂变形状态下NEPE推进剂基体内的高分子链演化过程及其表征模型进行了研究。首先,在基体黏合剂、固化剂和增塑剂等组分微观模型的基础上,通过对基体体系的分子动力学模拟,发展了描述复杂变形状态下交联链和自由链构形演化的动力学模型。随后,基于统计力学理论对系统自由能中交联链和自由链演化的贡献进行了定量表征,并建立了考虑高分子链交联、缠结效应的超弹本构模型。最后,结合NEPE推进剂基体胶片准静态拉伸实验数据对本构模型进行了验证。结果表明,相较于经典Arruda-Boyce超弹本构模型,基于物理机制的本构模型中本构参数具有真实的物理意义,可以通过物化实验进行参数标定,能较好地预测复杂变形状态下的基体超弹性行为,从而为推进剂基体力学性能的调控和组分优化提供模型支持。

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    • 余天昊, 闫亚宾, 王晓媛

      优先出版日期:2024-02-07  DOI: 10.11943/CJEM2023239

      摘要:固体推进剂界面作为固体发动机结构中力学性质相对薄弱的部分之一,明确其物化性质、损伤演化模式以及脱湿对推进剂结构完整性的影响是极其重要的研究内容。与实验相比,利用数值模拟能够快速、高效地研究各种界面体系下的不同物化性质,具有较好的应用前景。从微观尺度分子动力学、细观尺度有限元数值仿真与宏观数值模拟角度出发,综述了复合固体推进剂多种界面力学性质的研究进展,探讨了多尺度下复合固体推进剂界面数值模拟对固体推进剂工程设计的推动作用与目前存在的不足,并展望了未来的发展方向。

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    2024年第32卷第4期      

      >分析与检测
    • 岳弘历, 张催, 张伟斌

      2024,32(4):345-352, DOI: 10.11943/CJEM2023157

      摘要:炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive, PBX)构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系(包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度)的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm,体积分数最高可达68.7%,孔隙率最低为1.04%,平均球形度最高为0.93,密度最大为1.44 g·cm-3。结果表明,造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响,且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散,颗粒平均表面积越大;体系平均粒径越大、平均球形度越低,颗粒平均孔隙率就越高;平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高,当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。

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    • 甘仁杰, 禹利达, 李海宁, 张伟斌, 李卫彬, 杨占锋

      2024,32(4):353-359, DOI: 10.11943/CJEM2023198

      摘要:高聚物粘结炸药(PBX)的内部裂纹检测对其使用安全性和结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为了提高PBX内部裂纹缺陷的成像检测精度和图像质量,研究了曲面修正水浸超声全聚焦成像方法,并在此基础上进一步结合了延迟乘和波束形成(DMAS)技术,通过水浸法对Φ100.0 mm的半圆柱PBX的底部裂纹缺陷进行了超声成像检测研究,实现了对曲面构形PBX底部裂纹缺陷的高精度成像表征。实验结果表明,传统全聚焦成像算法的裂纹缺陷高度测量误差为12.0%,图像信噪比为1.37 dB;曲面修正后的裂纹缺陷高度测量误差为3.6%,图像信噪比为2.13 dB;而曲面修正结合DMAS算法成像的裂纹缺陷高度测量误差仅为0.4%,图像信噪比为5.32 dB。

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    • 梁鹏飞, 陈锦芳, 赵美玲, 张国辉, 王雅丽

      2024,32(4):360-368, DOI: 10.11943/CJEM2023078

      摘要:采用粒子图像测速技术(PIV)对不等径开放式撞击流中质量分数60%的甘油-水溶液雾化性能进行了研究,探讨韦伯数We(51≤We≤1605)、入射速度u(2.12 m·s-1u≤6.37 m·s-1)、喷嘴直径(喷嘴1:左侧喷嘴直径(D1)=1.5 mm,右侧喷嘴直径(D2)=2 mm;喷嘴2:D1=2 mm,D2=3 mm)对液膜破碎特征及液滴行为的影响,并对复合含能材料粘结剂溶剂二乙二醇与水混合过程的液滴分布进行了研究。结果表明:随着We增大,液膜破碎长度先增大,当液膜破碎模式到达无边缘模式后减小,且液膜厚度与液滴直径逐步减小,液滴速度逐步增大;随喷嘴直径增大,液膜破碎模式变化不显著,液膜破碎长度、厚度、液滴直径均增大,液滴速度则逐步减小。同时,拟合得到液膜破碎长度、液膜厚度、液滴索特平均直径D[3,2]与喷嘴直径、韦伯数间的经验关联式,采用二乙二醇与水体系验证后发现,随入射速度增大,二乙二醇与水撞击混合后液滴直径减小,分布变窄,D[3,2]数值在经验关联式±15%误差范围内与理论预测结果一致。

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    • >计算与模拟
    • 夏文韬, 杜芳, 李毅恒, 林励云, 屈炜宸, 秦瑞, 陶博文, 顾健

      2024,32(4):369-376, DOI: 10.11943/CJEM2023230

      摘要:为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO2、NO和N2O)的反应机理。首先,使用ωB97X-D3方法在def2-SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT-D3校正和def2-TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO2的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N-O键生成产物;Al与N2O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO2、NO和N2O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol-1和13.4 kJ·mol-1。在2400~4100 K,由于Al与NO2和N2O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m3·mol-1·s-1,说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N2O>NO2

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    • 丁治豪, 杨伟涛, 高宇晨, 杨建兴, 孔新, 杨斌

      2024,32(4):377-386, DOI: 10.11943/CJEM2023110

      摘要:为了研究直写成型技术(DIW)中挤出系统的喷头流道结构参数(锥角角度、出口直径、成型段长度)对含能材料挤出过程的流体流动影响,研究建立了基于Polyfow Extrusion模块的高黏度含能材料挤出模型,并采用直写成型3D打印工况的挤出实验对其进行了验证。研究通过所建立的模型分析了锥角角度范围90°~130°,出口直径0.75~2 mm以及成型段长度5~20 mm对高黏度含能材料挤出过程的影响。结果表明:采用Polyflow Extrusion模块可以较准确地模拟复合含能材料的流动行为,同时发现锥角为100°、喷头出口直径为1.5~1.75 mm时挤出成型过程相对稳定、挤出膨胀较小,且成型段的增长会在增大所需入口压强的同时减小出口膨胀效应。

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    • >安全性能与评价
    • 陈荣, 马荣, 王峥, 任柯融, 张思源, 田占东

      2024,32(4):387-396, DOI: 10.11943/CJEM2023133

      摘要:为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应变率下的层裂特性,并基于层裂实验自由面速度历史曲线标定得到了铸态TiZrNbV高熵合金的GTN-JC本构模型参数。结果表明,TiZrNbV难熔高熵合金的层裂强度随着加载应变率和平台应力的增加而增加,其值为0.93~2.23 GPa;回收试样的几何必要位错密度随着加载速度的提高显著增加。所得参数在模拟铸态TiZrNbV高熵合金层裂行为方面表现良好,模拟结果中自由面速度曲线在第一次拉伸阶段前均较为吻合,可以满足对试样层裂破坏的动态分析,能为铸态TiZrNbV高熵合金的工程应用提供参考。

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    • 李思涵, 王克俭, 牛余雷, 黄翰哲, 马梓煜

      2024,32(4):397-407, DOI: 10.11943/CJEM2023209

      摘要:为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析。同时基于朱-王-唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立。结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升。新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R2均大于0.98,吻合程度较高。

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    • >综述
    • 刘锐, 刘建, 唐岳川, 张朝阳, 黄静, 黄鑫

      2024,32(4):408-421, DOI: 10.11943/CJEM2023226

      摘要:含能分子研发面临多重挑战,传统“试错法”效率低下,计算机辅助分子设计的出现改变了研发模式。本综述回顾了含能分子设计的发展历程,介绍了计算机辅助含能分子设计的研究现状,并概述了人工智能技术(AI)在性质预测、分子生成、合成路线和反应条件预测等多个设计环节的最新进展,讨论了当前含能分子设计模式与其他材料设计方法的差距,思考差距产生的原因,并对未来AI辅助含能分子设计的发展方向提出展望。研究发现,AI在含能分子性能预测和分子生成等方面已经有了应用,但在合成路径规划和反应条件优化等环节的应用仍有待进一步探索,应用前景巨大。通过数据增强、迁移学习或高通量计算有望能够解决含能分子数据薄弱的问题;加强AI辅助含能分子合成路线与反应条件探索有望贯通“设计→评估→制备→验证”全流程自动化分子设计模式。AI辅助含能分子设计为提升含能分子设计水平提供新的可能性,有助提升含能分子研发效率。

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    • 赵杨, 金波, 彭汝芳

      2024,32(4):422-434, DOI: 10.11943/CJEM2023177

      摘要:为了充分利用碳纳米材料的性能优势,本文总结了碳纳米材料对含能材料降感的研究进展。分析了典型碳纳米材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯及其衍生物和富勒烯及其衍生物对降低含能材料撞击感度、冲击波感度和摩擦感度的作用,并探讨了不同碳纳米材料的降感机制。最后对碳纳米材料在该领域的发展前景进行了展望,认为优化碳纳米材料与含能材料的复合材料制备工艺、深入理解碳纳米材料性质并进行功能化修饰、调控碳纳米材料与含能材料的界面相互作用以及进一步探究碳纳米材料的降感机制将是今后研究的重点工作。

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    • 王哲君, 强洪夫, 王稼祥, 裴书帝, 李世奇, 耿挺京, 韩永恒

      2024,32(4):435-464, DOI: 10.11943/CJEM2024014

      摘要:从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。

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