PBX热强度评估相关技术研究

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高聚物黏结炸药(PBX)导热性能差、力学强度低，在温差较大的环境下PBX构件易出现损伤、甚至宏观裂纹，降低了武器的安全性和可靠性，亟需探究掌握宽温域PBX构件的热强度。重大课题攻关项目组结合实验监测技术和模拟预测方法开展了PBX热强度评估研究。开展声发射损伤监测技术研究判断宽温域的PBX损伤起裂，研究可在狭缝空间内测量温度和应变的光纤传感器及其解调方法，对复杂PBX构件进行热应力的模拟计算，预测PBX构件薄弱部位的热损伤条件。通过热强度监测试验和数值模拟计算相结合、互为迭代验证的评估研究，已获得多种重要PBX构件和新型配方PBX的热强度，为提高PBX抗热冲击能力、保证武器可靠性提供基础。

1  声发射损伤监测技术

为了得到PBX炸药构件在热载荷下的结构强度，采用声发射技术监测了其响应过程。通过声发射信号事件数量确定了损伤出现及发展的各个阶段：裂纹萌生、裂纹扩展和断裂，该损伤监测技术已应用于多种PBX试件、构件以及武器试验装置的热强度分析，并在新型高热强度PBX性能评估中发挥了重要作用，监测结果如图1所示。

2  基于光纤传感器的温度、应变测量技术

基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Gratings, FBG)敏感特性，开发了FBG光纤传感器，并应用于PBX试件表面温度及应变监测。与传统监测手段相比，FBG光纤传感器不仅具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，而且仅需一根光纤便可将所有传感器串联接入监测仪器，极大减少了信号线的占用空间。

3  热应力数值分析

利用有限元方法模拟了PBX试件热冲击过程，获得了其温度及应力分布情况，给出了损伤起始位置(结构危险点)及发生时间。开展了温度冲击验证试验，如图4所示。结果表明：试件表面温度与数值模拟基本一致，声发射活性阶段与模拟得到的结构最大温差阶段吻合。目前有限元数值模拟方法已和声发射监测技术结合，普遍应用于多种炸药构件的热冲击损伤机理及热强度研究。