CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2019年第27卷第8期文章目次
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    • >计算与模拟
    • PBX炸药冲击起爆的改进细观反应速率模型

      2019, 27(8):629-635. DOI: 10.11943/CJEM2018354

      摘要 (1192) HTML (1658) PDF 0.00 Byte (1594) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了系统研究载荷和炸药细观结构对高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)冲击起爆爆轰成长的影响规律,考虑到炸药低压慢反应阶段的燃烧拓扑结构包含颗粒内部孔隙表面燃烧和颗粒外表面燃烧形式,以及装药密度的影响,引入燃耗因子和装药密度影响因子,改进了Duan-Zhang-Kim(DZK)细观反应速率模型。采用同一套反应速率模型参数,数值模拟各实验状态下HMX基PBXC03(87% HMX,7% TATB,6% Viton)的冲击起爆过程,数值模拟结果与实验测试结果均吻合较好,表明改进DZK反应速率模型可更好地描述和预测载荷和炸药细观结构对PBXC03冲击起爆爆轰成长过程的影响规律。在本研究装药和加载条件下,中等密度的炸药冲击起爆和爆轰成长最快;颗粒度越小,炸药越难点火,但一旦点火,爆轰成长最快。

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    • 晶体缺陷对HMX基PBX性能影响的理论计算

      2019, 27(8):636-643. DOI: 10.11943/CJEM2018298

      摘要 (902) HTML (906) PDF 0.00 Byte (1258) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究晶体缺陷对奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,分别建立了2种PBX“完美”模型和4种缺陷模型。采用分子动力学(MD)方法,对6种PBX模型进行了模拟计算,得到了感度、结合能、爆轰性能和力学性能参数并进行了对比。结果表明,晶体缺陷导致PBX炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,分别下降2.46~5.72 kJ·mol-1和0.0251~0.0544 kJ·cm-3,表明缺陷模型的感度增加,安全性降低;缺陷模型的结合能下降509.61~1618.24 kJ·mol-1,表明炸药的稳定性变差;缺陷模型的密度、爆速和爆压均下降,降幅分别为0.01~0.05 g·cm-3、36.35~185.69 m·s-1和0.36~1.79 GPa,其氧平衡和爆热的变化几乎可以忽略不计,表明缺陷模型的毁伤威力降低。晶体缺陷还导致PBX炸药的拉伸模量、体积模量和剪切模量分别下降0.062~1.772、0.261~1.188 GPa和0.012~0.685 GPa,体积模量与剪切模量之比增加0.002~0.366,位错和空位缺陷模型的柯西压分别下降0.822 GPa和0.479 GPa,掺杂和孪晶缺陷模型的柯西压分别上升0.114 GPa和0.491 GPa,表明缺陷模型的抗变形能力下降,柔韧性增强。

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    • LLM-105与高聚物黏结剂界面相互作用及力学性能的分子动力学模拟

      2019, 27(8):644-651. DOI: 10.11943/CJEM2018349

      摘要 (1230) HTML (2621) PDF 0.00 Byte (1513) 评论 (0) 收藏

      摘要:高聚物与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的界面相互作用直接影响LLM-105的表面包覆效果,在原子分子层次的作用模式和强度分析,有助于揭示界面相互作用的微观机制。采用分子动力学(MD)方法,模拟了氟聚物(F2311,F2313,F2314,F2462)和聚氨酯(Estane 5703)与LLM-105不同晶面的界面相互作用,分析了高聚物与LLM-105晶面的作用模式和强度,初步提出了高聚物黏结剂的筛选原则,并采用该原则筛选了一个新的高聚物——硝化细菌纤维素(NBC),同时模拟了其与LLM-105晶面的相互作用。采用静态弹性常数分析法讨论了6种高聚物对LLM-105力学性能的影响。模拟结果表明,所选高聚物与LLM-105各晶面的结合能均为正值,结合强度从大到小的顺序为LLM-105/NBC≈LLM-105/Estane 5703>LLM-105/F2313≈LLM-105/F2314≈LLM-105/F2311 > LLM-105/F2462。结合能最大的(1 0 1)晶面,在晶体中的显露面最小(0.39%),而结合能小的(0 2 0)和(0 1 1)晶面,其显露面却占了很大比例(二者之和>60%)。在界面相互作用中,范德华力均占据优势地位,远远超过静电相互作用。能与LLM-105发生强相互作用的高聚物应能同时提供氢键良给体和良受体。通过对有效各向同性模量和柯西(Cauchy)压值的分析得到,加入NBC、Estane 5703和F2462对LLM-105力学性能有所改善,F2311 和F2313未有改善,而F2314则有所下降。

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    • 瞬态泄压过程中二次燃烧对底排装置尾部流场影响的数值分析

      2019, 27(8):652-660. DOI: 10.11943/CJEM2018275

      摘要 (805) HTML (321) PDF 0.00 Byte (1080) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究瞬态泄压过程中二次燃烧对底排弹尾部加能的影响,建立了底排装置瞬态泄压过程中尾部化学非平衡流的数学物理模型。采用对流迎风矢通量分裂格式(AUSM+)的改进格式、切应力运输湍流模型SST k-ω模型和8组分12步反应的H2─CO反应动力学机理,运用统一算法的思路编程求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对尾部流场进行数值模拟,得到泄压过程中底排燃烧室压力随时间的变化规律,模拟结果和文献实验结果基本吻合。在此基础上对泄压过程中有无二次燃烧两种条件下的尾部流场进行数值预测,分析了泄压过程中底排装置尾部流场特征参数随时间的变化规律。结果表明,泄压过程前期,二次燃烧对尾部流场影响较小。而在泄压中后期,二次燃烧对尾部流场影响较大,此时,尾部流场特征参数更快趋于稳定,且二次燃烧使尾部流场温度提高,加能效果显著,底压增大,底排弹底阻明显减小,减阻率比不含二次燃烧的减阻率提高了75%。

    • 考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算研究

      2019, 27(8):661-670. DOI: 10.11943/CJEM2018248

      摘要 (947) HTML (1855) PDF 0.00 Byte (1251) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究后燃烧效应对爆炸场参数的影响规律,提出一种考虑后燃烧效应密闭空间内爆炸场数值计算方法,将简化的反应率模型,耦合到三维两组可压缩欧拉方程中近似考虑后燃烧效应。并通过建立气体内能与热容之间的关系求得瞬态温度,根据热力学关系建立绝热指数计算公式。基于FORTRAN平台,采用五阶WENO有限差分格式,自主开发考虑后燃烧效应密闭空间内炸药爆炸场三维数值计算程序。基于所开发的程序数值探讨内爆炸场演化过程及后燃烧效应对爆炸场参数计算的影响。结果表明:(1)准静态温度、绝热指数及超压数值解与考虑后燃烧效应的理论解吻合较好,相对误差小于5%,初步验证了所开发程序的可靠性。(2)后燃烧效应在内爆炸场数值模拟中需要引起足够的重视,同一内爆炸工况下,准静态温度、绝热指数及超压数值解与不考虑后燃烧效应的理论解误差分别高达25%,6%,31%。

    • >研究论文
    • 竹浆纤维素纳米纤维对硝化纤维素膜的增强作用

      2019, 27(8):671-678. DOI: 10.11943/CJEM2018231

      摘要 (851) HTML (353) PDF 0.00 Byte (1110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为获得力学性能更好的硝化纤维素膜材料,对竹浆进行2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)选择性催化氧化-超声处理,得到直径纳米级、长度微米级的纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNFs)。采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或DMF/H2O混合溶剂作分散剂,先后将硝化纤维素与酸化和未酸化的CNFs进行充分混合,在不同的分散剂条件下制备出CNFs增强的硝化纤维素膜,采用透射电镜(TEM)、热重(TG)、力学拉伸试验、动态力学热分析(DMTA)等测试表征了CNFs形态尺寸以及CNFs增强的硝化纤维素膜力学性能变化规律。结果表明,CNFs的直径为5~10 nm,长度为500~3000 nm;酸化与未酸化的CNFs在DMF中分散性均好于丙酮溶液;在DMF/H2O分散体系中水的体积分数达到20%时出现了CNFs团聚;在DMF分散剂体系中,加入酸化的CNFs制备出的复合膜拉伸强度为52.0 MPa,断裂伸长率为10.4%,显著高于空白样(36.6 MPa,8.4%)。

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    • 两种DNAN基含铝炸药的爆轰性能

      2019, 27(8):679-684. DOI: 10.11943/CJEM2018327

      摘要 (1106) HTML (1153) PDF 0.00 Byte (3242) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基含铝炸药的爆轰性能,采用全光纤激光干涉测速仪(DISAR),测量了两种含铝炸药——RBOL-2(DNAN/HMX/Al/添加剂)和RMOE-2(DNAN/HMX/NTO/Al/添加剂)爆轰端面与窗口界面粒子速度以及驱动金属平板自由表面速度,得到两种炸药的爆轰反应区宽度分别为(1.073±0.111)mm和(1.559±0.094)mm,CJ压力分别为(25.42±0.44)GPa 和(20.99±0.15)GPa,冯·诺依曼峰值压力分别为41.27 GPa 和 27.69 GPa 等爆轰波结构参数。金属平板自由表面速度结果表明:RBOL-2炸药的做功能力强于RMOE-2炸药;含铝炸药达到的稳定爆轰状态与起爆加载条件有关,加载压力越高,含铝炸药的做功能力越强,在较高的加载压力(21 GPa)下,加载压力越高,参与爆轰反应区反应的铝粉越多,含铝炸药达到的爆轰状态越强。

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    • 解耦合法研究1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)热分解(英)

      2019, 27(8):685-691. DOI: 10.11943/CJEM2018335

      摘要 (836) HTML (351) PDF 0.00 Byte (1143) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究1,1′-二羟基-5,5"-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的热分解,分别采用热重和差示扫描量热法进行热分解试验研究,并采用MATLAB软件对重合部分进行解耦合,用Málek方法对TKX-50热分解过程进行动力学研究。结果表明,TKX-50的热分解过程分为两个阶段,用MATLAB 软件获得两个阶段完整的热分解曲线,并分别获得不同升温速率下各个阶段的TonsetTp、ΔH等基础参数。TKX-50的热分解遵循自催化反应模型,并分别获得动力学参数包括活化能、指前因子和动力学模型等,第一阶段:Ea=174.99 kJ∙mol-1,lnA=40.75,f(α)=α0.917(1-α)0.509;第二阶段:Ea=149.60 kJ∙mol-1,lnA=31.84,f(α)=α0.357(1-α)0.117

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    • 新型亚稳态合金材料冲击释能特性

      2019, 27(8):692-697. DOI: 10.11943/CJEM2018170

      摘要 (993) HTML (555) PDF 0.00 Byte (1262) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的冲击释能特性,采用准密封箱试验系统对含能破片进行了冲击超压试验,研究了材料在不同冲击速度下的超压时程曲线变化规律、超压峰值和超压峰值增长率。对比了新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料与多种多功能含能结构材料的单位质量能量密度和单位体积能量密度。结果表明材料超压时程曲线呈先急速上升后缓慢下降的特点,其超压峰值、超压峰值增长率均与冲击速度正相关;当冲击速度大于1400 m·s-1时,其反应效率接近40%。低速冲击时,材料的能量密度与其它含能破片相近,冲击速度达到1100 m·s-1时,其能量密度快速上升,并超越其它种类含能破片,当冲击速度为1485 m·s-1时,新型ZrNiAlCuAg亚稳态合金材料的单位质量能量密度达 到3.83 kJ·g-1,单位体积能量密度达到0.026 kJ·mm-3

    • 内爆炸准静态压力对球形容器弹性动态响应的影响

      2019, 27(8):698-707. DOI: 10.11943/CJEM2019026

      摘要 (837) HTML (334) PDF 0.00 Byte (1138) 评论 (0) 收藏

      摘要:将球形容器内爆载荷简化为首个冲击波和准静态压力两部分,利用单自由度模型对球壳弹性动态响应过程建立力学分析模型并推导出径向位移响应解,LS-DYNA数值模拟结果与力学分析结果吻合较好,验证了该分析方法的可靠性。通过对所得到的球壳径向位移响应公式进行分析,获得了内爆炸准静态压力对位移响应的影响效应。研究发现,首个脉冲作用时间和准静态压力存在临界值,对最大位移出现时刻具有决定性影响,其中首个脉冲作用时间临界值与结构固有频率有关,准静态压力临界值与首个脉冲压力峰值及作用时间、结构频率、壳体厚度、材料弹性模量和泊松比等因素有关;最大位移出现于准静态压力作用期间时随准静态压力增大而增大,出现在首个脉冲作用期间时则不受准静态压力影响;最小位移随准静态压力增大而增大,后续等幅振动幅值随准静态压力增大而减小。研究结果表明,采用多次使用型容器开展有限空间内爆炸效应威力评估时,不仅应考虑爆炸载荷首个脉冲冲量与后续准静态压力的具体细节,还应与结构动态响应历程和结构自身参数分析紧密结合。

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    • >综述
    • 笼状骨架含能化合物构建研究进展

      2019, 27(8):708-716. DOI: 10.11943/CJEM2018302

      摘要 (1295) HTML (1151) PDF 0.00 Byte (6567) 评论 (0) 收藏

      摘要:笼状结构因其高对称性、高环张力和致密的堆积密度成为理想的含能化合物骨架,是含能材料研究领域的热点。综述了以单质型含能化合物和金属络合物型含能化合物分类的已报道的笼状骨架含能化合物。其中,笼状骨架的单质含能化合物重点归纳了立方烷、伍兹烷、金刚烷等体系,典型化合物八硝基立方烷和六硝基六氮杂异伍兹烷已成为能量水平最高的单质含能化合物;笼状骨架的金属络合物型含能化合物重点介绍具有三维网络笼状空间的结构,该类化合物通过紧凑的排列方式形成了致密的网络结构,利用包裹方式将其它组分融入笼状结构中。指出,笼状骨架的单质含能化合物进一步的研究方向应以解决制备路线过长,成本过高的问题,为应用研究提供基础;笼状骨架的金属络合物型含能化合物研究处于起步阶段,种类较少是主要问题,但该类化合物普遍制备简易,成本较低且能量水平较高,应作为笼状骨架含能化合物下一步发展的重点方向。

    • >读者·作者·编者
    • 2019年第8期封面

      2019, 27(8).

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      摘要:

    • 2019年第8期目录

      2019, 27(8).

      摘要 (791) HTML (292) PDF 484.05 K (1031) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 2019年第8期图文摘要

      2019, 27(8):Ⅰ-Ⅴ.

      摘要 (743) HTML (290) PDF 2.04 M (1021) 评论 (0) 收藏

      摘要:

《含能材料》编辑部

年第卷第

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