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RDX基PBX力学响应机制的分子动态学研究

马洁  
【摘要】:PBX是由单质炸药和粘结剂组成的复合含能材料,单质炸药在制备过程中,会出现微孔洞、微裂隙等初始缺陷,压制成型时也会使炸药晶体发生损伤破碎等情况。PBX在实际应用过程中,会受到外载荷、内应力、意外刺激等作用,在缺陷位置处产生局部应力集中,并可能发展为变形和损伤,使其力学性能劣化、感度升高,影响应用系统的安全可靠性。研究PBX应力响应的内在机制,有助于进一步获得其性能随内外部条件的变化规律,对其配方设计、安全性评估以及寿命预测具有重要意义。本文采用分子动力学方法研究了 PBX和F2311粘结剂的单轴拉伸过程,从微观角度探寻其应力响应机制以及缺陷产生与扩展的规律。分析形变与损伤等表观物理现象,挖掘PBX在拉伸应力状态下的微结构演变规律,探索不同拉伸条件对其力学性能的影响方式,以便深层次理解材料的基础力学性质和结构特性。计算结果证明粘结剂的应变率效应主要体现在屈服阶段和应变软化阶段,强化阶段粘结剂的高分子链取向明显,总势能的变化主要取决于非键相互作用,静电相互作用能远远大于其它能量分项,是影响总势能的主要因素。在单轴拉伸作用下,PBX的应力-应变曲线与粘结剂相比有很大的不同,应变率的增大会使其屈服强度和极限强度增大,分子间静电相互作用依然是影响总势能的主要因素。拉伸过程中PBX的损伤模式主要有粘结剂开裂、炸药脱粘和单质炸药的穿晶断裂。为深入观察拉伸过程中损伤的演化,本文还研究了不同应变下的孔隙积累程度,PBX在发生载荷之前就存在孔隙,拉伸过程中损伤主要是沿着初始损伤位置逐步演化的。


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