杨明 , 黄卫东 , 沈伟 , 李高春 , 李金飞 , 王宇
2018, 26(9):726-731. DOI: 10.11943/CJEM2018036
摘要:为了研究某型舰载固体发动机跌落的安全性问题,应用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对固体发动机37.5 m高度的多角度跌落过程进行数值模拟分析,并开展真实发动机的跌落试验进行验证。结果表明,相同跌落高度下的危险角度为78°,通过推进剂点火增长模型计算得出发动机内部装药温升小于5 K,不会发生点火反应,发动机尾部与碰撞面接触的位置相对危险,壳体与内部装药的应力、应变值较大,可能产生断裂破坏。通过固体发动机跌落试验发现,发动机的尾部出现断裂破坏,但未发生点火或爆炸反应,试验采集的数据信息与有限元分析的结果一致。
2018, 26(9):732-738. DOI: 10.11943/CJEM2018068
摘要:为建立考虑温度及应变率效应的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂失效准则,通过不同温度下的HTPB推进剂应力松弛实验(233.15,253.15,273.15,293.15,323.15,343.15 K)得到了HTPB推进剂的时温等效因子,基于累积损伤理论和线性粘弹性理论,建立了含时温等效因子αT的推进剂失效准则,结合不同温度、不同速率下的单轴拉伸实验数据获取了失效准则损伤参数。利用该失效准则预测了不同温度和拉伸速度下推进剂材料的损伤演化特性和临界失效时间,与实验结果对比分析发现,失效准则预测相对误差低于20%,表明该失效准则能在低温233.15~273.15 K,拉伸速度2~500 mm·min-1和高温293.15~343.15 K,拉伸速度0.5~ 100 mm·min-1的条件下预测HTPB推进剂的失效情况。
2018, 26(9):739-743. DOI: 10.11943/CJEM2018035
摘要:为了准确地预估固体火箭发动机中丁羟包覆层的贮存寿命,开展了50,60,70 ℃和80 ℃时的加速老化试验,用对数模型、幂函数模型和指数模型研究了丁羟包覆层的最大延伸率随贮存时间的变化。选取Kooij方程作为丁羟包覆层的老化模型,预估了试样的常温贮存寿命。结果表明,α = 0.4时的幂函数模型能描述最大延伸率随时间的变化规律。所得老化反应的表观活化能约为29 kJ·mol-1,远小于60 kJ·mol-1,表示在50~80 ℃下进行的老化反应易于发生。以最大延伸率下降50%为失效准则,预估丁羟包覆层的常温贮存寿命为15.62年,能满足包覆层的老化性能要求。
2018, 26(9):744-748. DOI: 10.11943/CJEM2018012
摘要:为了改善溶剂压伸法制备的高氯酸铵/复合改性双基(AP/CMDB)推进剂的燃烧性能和力学性能,采用差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了碳纳米管(CNTs)对AP/CMDB推进剂主要组分热分解性能及AP/CMDB推进剂微观结构的影响,测试了含质量分数为0.1%、0.3%和0.5% CNTs的AP/CMDB推进剂的燃速和抗冲强度。结果表明,CNTs可以有效催化AP的热分解,使AP低温分解峰消失,高温分解峰温提前39.9 ℃,但对NC/NG双基组分的热分解影响不大;CNTs可以改善AP/ CMDB推进剂的微观结构,添加0.5% CNTs的推进剂中无明显微裂纹;CNTs可以有效改善AP/CMDB推进剂的燃烧性能和力学性能,随着CNTs含量的增加,推进剂的燃速提高、压强指数降低,推进剂的抗冲强度增大;添加0.5% CNTs的AP/CMDB推进剂10 MPa下燃速为61.19 mm·s-1,10~22 MPa压强指数为0.51,-40 ℃下的抗冲强度为5.55 kJ·m-2。
莫洪昌 , 王晓川 , 徐明辉 , 卢先明 , 李笑江 , 汪伟
2018, 26(9):749-752. DOI: 10.11943/CJEM2018060
摘要:以聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为引发剂,三氟化硼·乙醚络合物为催化剂,烯丙基缩水甘油醚(AGE)为单体通过阳离子开环聚合反应,制备了端羟基聚烯丙基缩水甘油醚-聚四氢呋喃-聚烯丙基缩水甘油醚(PAGE-PTMEG-PAGE)三嵌段共聚醚。并通过红外光谱、核磁共振氢谱、碳谱、凝胶渗透色谱和差示扫描量热法(DSC)对共聚醚的结构及性能进行了表征。结果表明,合成的共聚醚中PAGE/PTMEG链段比与投料比基本吻合,共聚醚的相对分子质量可控、分布较窄。共聚醚的玻璃化转变温度为-80.3 ℃,粘度为1.94 Pa·s,与四甲基对苯二腈氧化物(TTNO)固化之后所得的弹性体胶片室温下的拉伸强度为1.2 MPa,断裂伸长率为83%。
2018, 26(9):753-759. DOI: 10.11943/CJEM2017389
摘要:以2-甲基咪唑为原料,二溴甲烷为桥联试剂,经过亚甲基桥联、季铵化、硝化反应得到了双阳离子含能化合物3,3′-亚甲基双(2-甲基-1-硝酰氧乙基咪唑)二硝酸盐,然后通过复分解反应得到一系列分别以苦味酸负离子、二硝酰胺负离子、3,5-二硝基- 1,2,4-三氮唑负离子和5-硝基四唑负离子为阴离子的双阳离子型含能盐。所合成的含能盐经紫外可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、质谱(MS)、核磁共振(NMR)、元素分析和热重分析(TGA)等分析表征。采用Kamlet-Jacobs方程估算了所合成双阳离子含能盐的爆速和爆压等爆轰参数。结果表明,双阳离子含能盐具有良好的热稳定性,其分解温度均高于169 ℃,第一阶段的热分解峰值温度均接近200 ℃。除了5-硝基四唑双阳离子盐,其余双阳离子含能盐均较对应单阳离子咪唑含能盐具有更高的热分解温度;同时所有双阳离子含能盐较对应单阳离子含能盐具有更高的熔点;部分双阳离子咪唑含能盐较对应单阳离子含能盐具有更高的密度。3,3′-亚甲基双(2-甲基-1-硝酰氧乙基咪唑)二(3,5-二硝基-1,2,4-三唑)盐和3,3′-亚甲基双(2-甲基-1-硝酰氧乙基咪唑)二(5-硝基四唑)盐的爆速和爆压介于2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和黑索今(RDX)之间,表现出较好的爆轰性能。
郑占胜 , 肖勇 , 孙韬 , 余传明 , 彭辉 , 刘成 , 胡炳成
2018, 26(9):760-764. DOI: 10.11943/CJEM2018018
摘要:为解决废弃硝酸异丙酯易燃易爆问题,对硝酸异丙酯进行NaOH催化水解,采用气质联用仪测定了硝酸异丙酯的水解效果。通过正交试验考察水解反应温度、反应物配比、催化剂用量、反应时间对硝酸异丙酯水解转化率的影响。结果表明,高温高压下硝酸异丙酯的气相水解,能极大增大水解速率常数,加快水解反应的进行。硝酸异丙酯水解最优工艺条件为:反应温度140 ℃,V(硝酸异丙酯):V(水)=1:3,n(硝酸异丙酯):n(NaOH)=1:1.1,反应时间30 min。硝酸异丙酯转化率达到99%,水解较为彻底,同时异丙醇产率为70%~80%。
2018, 26(9):765-771. DOI: 10.11943/CJEM2018061
摘要:为了提高2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)/黑索今(RDX)熔铸炸药的力学性能,用分子动力学的方法模拟了功能助剂N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)、吐温60(Tween60)、三-(β氯乙基)磷酸酯(CEF)、乙酸丁酸纤维素(CAB)对界面结合能的影响规律;采用粉体接触角法和白金板法测定接触角及表面张力,通过计算黏附功对模拟结果进行了验证;采用巴西实验及扫描电镜(SEM)分别从宏观及微观尺度对黏附功实验进行验证。结果表明,功能助剂对DNAN/RDX界面结合能改变能力大小由高到低排序为CAB>CEF> Tween60>MNA,试验结果与数值模拟结果吻合;功能助剂CAB、CEF、Tween 60、MNA可使DNAN/RDX炸药的抗拉强度分别提高58.37%,47.85%,29.71%,5.83%;随着黏附功的增加,药柱断裂模式由穿晶/沿晶混合断裂向纯粹穿晶断裂转变。
2018, 26(9):772-778. DOI: 10.11943/CJEM2018023
摘要:为了从细观尺度上对高聚物黏结炸药(PBX)的力学性能进行模拟,将蒙特卡洛方法中级配的概念引入高体积分数的PBX细观模型,与Voronoi方法相结合,形成了一种可以考虑级配分布的Voronoi多边形颗粒生成方法,通过颗粒修正、收缩、切角和平滑等处理,建立了考虑级配和体积分数达94%及以上的PBX细观结构模型,模型在边界处还可保持周期连续性。采用数值流形(NMM)方法对不同颗粒级配条件下的三组PBX细观模型进行了单轴压缩模拟。将NMM模拟所得等效弹性模量与文献实验结果进行了比较。分析了模拟结果与实验结果之间出现偏差的原因,讨论了PBX细观结构模型生成方法的合理性。结果表明,PBX的等效弹性模量随体积分数的提高而增大,并且体积分数越高,增速越快;同时,当体积分数低于30%及高于85%时,颗粒的级配对等效模量的影响较小,而当30%≤体积分数≤85%时,颗粒级配对等效模量影响显著。
张伟斌 , 田勇 , 雍炼 , 杨雪海 , 戴斌 , 李敬明
2018, 26(9):779-785. DOI: 10.11943/CJEM2017371
摘要:与传统钢模成型相比,温等静压成型是一种获得致密、均匀高聚物粘结炸药的更优方法,为温等静压成型高聚物粘结炸药精密物理性能研究提供细观结构基础,利用X射线微层析成像技术研究了三氨基三硝基苯(TATB)造型颗粒经温等静压成型圆柱样品的三维细观结构。结果显示,TATB造型颗粒经过温压后仍保留完整,典型形态呈多边体,压实颗粒间有高密度薄层、颗粒接触数最大达到12。CT图像分析表明,压实颗粒尺寸轴向分布保持不变,径向存在沿轴心方向的密度降和压力降;层面密度离散性高于1.15%,但体密度趋向均匀;分析内部力链分布情况,发现了温等静压成型过程TATB造型颗粒呈现等向压缩特征;基于细观颗粒接触角统计了颗粒接触数,证实了压实颗粒构形态及其排列趋向各向同性,但局部颗粒仍存在剪切压缩状态。
2018, 26(9):786-790. DOI: 10.11943/CJEM2017367
摘要:为了验证激光超声技术检测高聚物粘结炸药(PBX)内应力的可行性,建立了基于激光超声掠面纵波的PBX模拟材料内部应力状态新型高效无损检测方法。搭建了PBX模拟材料试件应力在线激光超声无损检测实验平台。测量了不同加载状态下激光超声掠面纵波信号。结果表明,PBX模拟试件在受到1 MPa以上应力时,超声掠面纵波的传播方向与应力方向平行时声速变化明显。声速相对变化量与应力呈近似线性增加的关系,随着应力的增加,超声掠面纵波的声速随之增加。初步验证了激光超声掠面纵波对于PBX模拟材料内部应力状态检测的可行性。
郭菲 , 吕军军 , 王窈 , 付秋菠 , 黄辉 , 沈瑞琪
2018, 26(9):791-795. DOI: 10.11943/CJEM2017390
摘要:为了提高爆炸箔起爆器的制造效率和产品一致性,设计和制造了一种基于柔性电路板(简称FPC或软板)制造工艺的集成冲击片换能元,并对该集成换能元的电爆炸性能、驱动飞片能力和起爆六硝基茋的能力等基础性能进行了研究。采用高压探头测量了爆炸箔两端的电压曲线,采用罗果夫斯基线圈测量了放电回路的电流曲线,通过光学多普勒测试手段(PDV)测量了电爆炸过程驱动飞片速度历程曲线。结果表明,放电回路峰值电流和桥箔的爆发电流随着电容两端电压的增加而线性增加,其中桥箔的爆发电流从2080 A增加到2680 A。桥箔的爆发时间随着电容两端电压的增加而线性地从232 ns减小至156 ns。随着充电电压的增加,飞片速度从4056 m·s-1增加到4589 m·s-1,速度标准偏差为38~48。该冲击片换能元可在放电回路电流峰值约2.04 kA时可靠起爆HNS-Ⅳ,而基于传统制造方式冲击片换能元的起爆电流峰值为2.340 kA。
潘永飞 , 汪营磊 , 赵宝东 , 高福磊 , 陈斌 , 刘亚静
2018, 26(9):796-812. DOI: 10.11943/CJEM2018097
摘要:硝基吡唑及其衍生物具有高生成热,良好的热稳定性和爆轰性能,在含能材料领域具有广阔的应用前景。从硝基吡唑及其衍生物的合成、性能及应用等角度对其近年来的研究进展进行了简要综述,梳理了硝基吡唑及其衍生物合成研究的发展方向和趋势,指出了今后研究的重点方向:认为必须探索、寻找新的合成路线并优化其工艺条件,缩短反应步骤、提高反应效率,实现硝基吡唑化合物高品质化、规模化、稳定化制备,进一步探索绿色环保、可循环使用的高效重排试剂、萃取剂及重结晶介质,加强1-甲基-3,4,5-三硝基吡唑(MTNP)与3,4-二硝基吡唑(3,4-DNP)的基础性能综合研究,开展其熔融-凝固后的体积收缩特性及安全性能研究,综合评估其在熔铸炸药中的应用可行性,拓展其在高能钝感炸药中的应用。
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