CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2024年第32卷第4期文章目次
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    • >分析与检测
    • 炸药造型颗粒随机堆积体系物理参量无损表征

      2024, 32(4):345-352. DOI: 10.11943/CJEM2023157

      摘要 (112) HTML (49) PDF 3.11 M (396) 评论 (0) 收藏

      摘要:炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive, PBX)构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像(XCT)和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系(包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度)的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm,体积分数最高可达68.7%,孔隙率最低为1.04%,平均球形度最高为0.93,密度最大为1.44 g·cm-3。结果表明,造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响,且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散,颗粒平均表面积越大;体系平均粒径越大、平均球形度越低,颗粒平均孔隙率就越高;平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高,当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。

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    • PBX内部裂纹水浸超声全聚焦成像方法研究

      2024, 32(4):353-359. DOI: 10.11943/CJEM2023198

      摘要 (73) HTML (28) PDF 1.31 M (365) 评论 (0) 收藏

      摘要:高聚物粘结炸药(PBX)的内部裂纹检测对其使用安全性和结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为了提高PBX内部裂纹缺陷的成像检测精度和图像质量,研究了曲面修正水浸超声全聚焦成像方法,并在此基础上进一步结合了延迟乘和波束形成(DMAS)技术,通过水浸法对Φ100.0 mm的半圆柱PBX的底部裂纹缺陷进行了超声成像检测研究,实现了对曲面构形PBX底部裂纹缺陷的高精度成像表征。实验结果表明,传统全聚焦成像算法的裂纹缺陷高度测量误差为12.0%,图像信噪比为1.37 dB;曲面修正后的裂纹缺陷高度测量误差为3.6%,图像信噪比为2.13 dB;而曲面修正结合DMAS算法成像的裂纹缺陷高度测量误差仅为0.4%,图像信噪比为5.32 dB。

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    • 不等径开放式撞击流雾化特征及二乙二醇/水体系混合研究

      2024, 32(4):360-368. DOI: 10.11943/CJEM2023078

      摘要 (68) HTML (41) PDF 2.02 M (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用粒子图像测速技术(PIV)对不等径开放式撞击流中质量分数60%的甘油-水溶液雾化性能进行了研究,探讨韦伯数We(51≤We≤1605)、入射速度u(2.12 m·s-1u≤6.37 m·s-1)、喷嘴直径(喷嘴1:左侧喷嘴直径(D1)=1.5 mm,右侧喷嘴直径(D2)=2 mm;喷嘴2:D1=2 mm,D2=3 mm)对液膜破碎特征及液滴行为的影响,并对复合含能材料粘结剂溶剂二乙二醇与水混合过程的液滴分布进行了研究。结果表明:随着We增大,液膜破碎长度先增大,当液膜破碎模式到达无边缘模式后减小,且液膜厚度与液滴直径逐步减小,液滴速度逐步增大;随喷嘴直径增大,液膜破碎模式变化不显著,液膜破碎长度、厚度、液滴直径均增大,液滴速度则逐步减小。同时,拟合得到液膜破碎长度、液膜厚度、液滴索特平均直径D[3,2]与喷嘴直径、韦伯数间的经验关联式,采用二乙二醇与水体系验证后发现,随入射速度增大,二乙二醇与水撞击混合后液滴直径减小,分布变窄,D[3,2]数值在经验关联式±15%误差范围内与理论预测结果一致。

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    • >计算与模拟
    • 铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究

      2024, 32(4):369-376. DOI: 10.11943/CJEM2023230

      摘要 (159) HTML (59) PDF 988.32 K (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO2、NO和N2O)的反应机理。首先,使用ωB97X-D3方法在def2-SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT-D3校正和def2-TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO2的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N-O键生成产物;Al与N2O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO2、NO和N2O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol-1和13.4 kJ·mol-1。在2400~4100 K,由于Al与NO2和N2O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m3·mol-1·s-1,说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N2O>NO2

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    • 喷头流道结构参数对高黏度含能材料直写成型3D打印挤出过程稳定性影响

      2024, 32(4):377-386. DOI: 10.11943/CJEM2023110

      摘要 (96) HTML (30) PDF 1.93 M (308) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究直写成型技术(DIW)中挤出系统的喷头流道结构参数(锥角角度、出口直径、成型段长度)对含能材料挤出过程的流体流动影响,研究建立了基于Polyfow Extrusion模块的高黏度含能材料挤出模型,并采用直写成型3D打印工况的挤出实验对其进行了验证。研究通过所建立的模型分析了锥角角度范围90°~130°,出口直径0.75~2 mm以及成型段长度5~20 mm对高黏度含能材料挤出过程的影响。结果表明:采用Polyflow Extrusion模块可以较准确地模拟复合含能材料的流动行为,同时发现锥角为100°、喷头出口直径为1.5~1.75 mm时挤出成型过程相对稳定、挤出膨胀较小,且成型段的增长会在增大所需入口压强的同时减小出口膨胀效应。

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    • >安全性能与评价
    • 铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为

      2024, 32(4):387-396. DOI: 10.11943/CJEM2023133

      摘要 (64) HTML (33) PDF 2.34 M (351) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究高应变率下铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂行为,获取准确的动态本构参数。采用20 mm一级轻气炮平板撞击实验研究了铸态TiZrNbV难熔高熵合金的层裂特性,对回收试样进行扫描电镜分析,从微观角度获得了铸态TiZrNbV高熵合金在不同应变率下的层裂特性,并基于层裂实验自由面速度历史曲线标定得到了铸态TiZrNbV高熵合金的GTN-JC本构模型参数。结果表明,TiZrNbV难熔高熵合金的层裂强度随着加载应变率和平台应力的增加而增加,其值为0.93~2.23 GPa;回收试样的几何必要位错密度随着加载速度的提高显著增加。所得参数在模拟铸态TiZrNbV高熵合金层裂行为方面表现良好,模拟结果中自由面速度曲线在第一次拉伸阶段前均较为吻合,可以满足对试样层裂破坏的动态分析,能为铸态TiZrNbV高熵合金的工程应用提供参考。

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    • 浇注PBX替代材料的准静态压缩力学行为及本构模型标定

      2024, 32(4):397-407. DOI: 10.11943/CJEM2023209

      摘要 (75) HTML (37) PDF 1.66 M (334) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究高聚物粘结炸药(PBX)的准静态压缩行为,对两种典型配方(含铝粉与否)的浇注PBX替代材料在不同应变率下进行单轴准静态压缩试验,并对其力学性能进行了对比分析。同时基于朱-王-唐(ZWT)模型提出一种新模型来描述材料的准静态压缩行为,通过遗传算法获取本构模型参数,并使用Fortran语言在Abaqus有限元软件的用户材料子程序(UMAT)接口中进行本构模型的建立。结果表明:浇注PBX替代材料的准静态压缩过程可分为弹性压缩、应力衰减以及失稳破坏3个阶段;准静态压缩力学行为与应变率有明显的相关性,随着应变率的提高,材料的有效压缩应变基本不变,而压缩模量、屈服强度和压缩强度的对数与应变率对数近似呈现出线性关系;铝粉的加入使浇注PBX替代材料压缩模量、屈服强度和压缩强度均有所提升。新构建的本构模型能较好描述浇注PBX替代材料的准静态压缩行为,使用有限元软件对本构模型普适性进行验证,得到仿真计算结果与试验结果间可决系数R2均大于0.98,吻合程度较高。

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    • >综述
    • 人工智能辅助含能分子设计的应用与展望

      2024, 32(4):408-421. DOI: 10.11943/CJEM2023226

      摘要 (148) HTML (53) PDF 3.59 M (469) 评论 (0) 收藏

      摘要:含能分子研发面临多重挑战,传统“试错法”效率低下,计算机辅助分子设计的出现改变了研发模式。本综述回顾了含能分子设计的发展历程,介绍了计算机辅助含能分子设计的研究现状,并概述了人工智能技术(AI)在性质预测、分子生成、合成路线和反应条件预测等多个设计环节的最新进展,讨论了当前含能分子设计模式与其他材料设计方法的差距,思考差距产生的原因,并对未来AI辅助含能分子设计的发展方向提出展望。研究发现,AI在含能分子性能预测和分子生成等方面已经有了应用,但在合成路径规划和反应条件优化等环节的应用仍有待进一步探索,应用前景巨大。通过数据增强、迁移学习或高通量计算有望能够解决含能分子数据薄弱的问题;加强AI辅助含能分子合成路线与反应条件探索有望贯通“设计→评估→制备→验证”全流程自动化分子设计模式。AI辅助含能分子设计为提升含能分子设计水平提供新的可能性,有助提升含能分子研发效率。

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    • 碳纳米材料对含能材料降感研究进展

      2024, 32(4):422-434. DOI: 10.11943/CJEM2023177

      摘要 (108) HTML (34) PDF 1.96 M (434) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了充分利用碳纳米材料的性能优势,本文总结了碳纳米材料对含能材料降感的研究进展。分析了典型碳纳米材料,如石墨、碳纳米管、石墨烯及其衍生物和富勒烯及其衍生物对降低含能材料撞击感度、冲击波感度和摩擦感度的作用,并探讨了不同碳纳米材料的降感机制。最后对碳纳米材料在该领域的发展前景进行了展望,认为优化碳纳米材料与含能材料的复合材料制备工艺、深入理解碳纳米材料性质并进行功能化修饰、调控碳纳米材料与含能材料的界面相互作用以及进一步探究碳纳米材料的降感机制将是今后研究的重点工作。

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    • 复合固体推进剂损伤行为的多尺度研究进展

      2024, 32(4):435-464. DOI: 10.11943/CJEM2024014

      摘要 (117) HTML (62) PDF 4.49 M (421) 评论 (0) 收藏

      摘要:从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。

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