Page 86 - 《含能之美》2019封面论文

初 始 裂 纹 对 高 聚 物 粘 结 炸 药 低 速 撞 击 点 火 影 响 数 值 模 拟 研 究 817

图 7 HMX 基 PBX 炸药发生点火温度分布
Fig. 7 The temperature distribution of HMX⁃based PBX when the ignition occurred
3.4 初始裂纹分布对点火速度阈值的影响
4 结 论
初始裂纹分布对温升影响明显，进而对点火速度
阈值影响同样明显。图 8 给出了不同初始裂纹分布条
（1）初 始 裂 纹 特 征 长 度 明 显 地 影 响 炸 药 温 升 过
件下的点火速度阈值变化规律。a=1 mm 基准模型条 程。随着初始裂纹特征长度的增加，撞击过程中 PBX
-1
件下，其点火速度阈值为 45 m∙s 。初始裂纹服从均
炸药温升明显增强。由一维 Frank⁃Kamenetskii 热传
匀 分 布 U（0.8，1.2）条 件 下 ，其 点 火 速 度 阈 值 为
导模型可知，在温升出现拐点之前，温升主要由摩擦生
-1
36 m∙s ，而初始裂纹服从正态分布 N（1，0.115）条件 热引起。
-1
下，其点火速度阈值为 31 m∙s 。由此可知，初始裂纹 （2）初始裂纹特征长度的增加导致撞击过程中炸
非均匀性特征能够明显降低点火速度阈值。当初始裂 药内部裂纹更容易扩展，裂纹表面的滑移运动更明显，
纹正态分布具有和均匀分布相同的期望和方差时，初 这有利于摩擦生热的累积。但是，在相同弹形作用下，
始裂纹正态分布对应更低的点火速度阈值。对于正态 PBX 炸药变形几何区域不会发生明显的变化，进而并
分布 N（1，0.115），初始裂纹特征长度范围大于均匀 不会导致温升区域的改变。
分布 U（0.8，1.2）的范围，这造成单元变形行为差异性 （3）初始裂纹特征长度改变引起温升改变呈现非
增加，更加有利于单元剪切变形，进而导致裂纹表面摩 线性特征。随着温升的快速累积，炸药点火的速度阈
擦温升更明显。 值会降低。计算结果表明，当初始裂纹特征长度 a=
-1
1 mm 增加到 a=3 mm 时，点火速度阈值从 45 m∙s 降
-1
低到 38 m∙s 。
（4）初 始 裂 纹 非 均 匀 性 明 显 地 影 响 炸 药 温 升 区
域。本质上，初始裂纹非均匀性使各单元动态力学行
为存在一定差异性，进而导致单元的剪切变形明显，并
增强裂纹表面的滑移摩擦温升，最终导致点火速度阈
值降低。当初始裂纹服从均匀分布 U（0.8，1.2）时，点
-1
火速度阈值为 36 m∙s 。当初始裂纹服从正态分布
-1
N（1，0.115）时，点火速度阈值为 31 m∙s 。
图 8 不同初始裂纹分布条件下的点火速度阈值
Fig. 8 The threshold ignition velocity with different initial 参考文献：
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尽管上述系列计算结果获得了初始裂纹的非均匀 York：Springer，2000：1-13.
［2］ Badgujar D M，Talawar M B，Mahulikar P P. Review of prom⁃
性对 PBX 炸药低速撞击点火的影响规律，但是该问题
ising insensitive energetic materials［J］. Cent Eur J Energ Mat，
所包含的物理机制非常复杂，仍然需要进一步开展试 2017，14：821-843.
验和计算相结合的研究工作。特别是，需要开展炸药 ［3］ Horie Y. Hot spots，high explosives ignition，and material mi⁃
crostructure［J］. Mater Sci Forum，2013，767：3-12.
内部初始裂纹的非均匀性的定量表征的研究。有可能 ［4］ FIELD J E，WALLEY S M，PROUND W G，et al. Review of ex⁃
初始裂纹的非均匀性分布服从更为复杂的分布形式或 perimental technique for high rate deformation and shock stud⁃
ies［J］. Int J Impact Eng，2004，30：725-775.
者初始裂纹的非均匀性分布具有明显突变特性，这都
［5］ 卢芳云，林玉亮，王晓燕，等 . 含能材料的高应变率响应实验
为 PBX 炸药低速撞击点火的预测带来巨大的挑战。 ［J］. 火炸药学报，2006，29（1）：1-4.

CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 10 期 （812-818）