我们注意到，单轴拉伸下的失效应变仅为0.004 1，说明PBX 9501 是一种脆性材料。图8－20应变率为10－3s－1时的单轴拉伸应力－应变曲线图8－21 所示为应变为0.16%、0.41%、0.45%和0.5% 时的Y 方向应变云图和损伤断裂演化图。从图中可以看出，整个拉伸过程黏结剂承受了大部分的变形。该结果表明PBX 9501 的拉伸力学性能与界面黏结强度有关，而失效路径与界面强度无关。......
2023-06-27
高聚物黏结炸药单轴压缩计算结果分析
【摘要】：但是，压缩应力－应变曲线的软化段明显比拉伸时的斜率低。计算结果表明，PBX 9501 的压缩性能好于拉伸性能。实际上，这种相互作用会影响PBX 9501 的失效机制。由图8－26 可以看出，界面脱黏和颗粒破坏是PBX 9501 压缩时的主要失效机理，这与Gray等［20］及Zhou 等［21］的实验结果相类似。计算结果和Wu 等的预测结果一致。
1.应力－应变响应和损伤断裂机理
PBX 9501 的压缩力学性能和拉伸力学性能明显不同。图8－24 所示为压缩应变率为10－3s－1时PBX 9501 的应力－应变曲线。由图中可以看出，压缩应力－应变曲线和拉伸应力－应变曲线一样存在弹性段、损伤演化段和软化段三部分。但是，压缩应力－应变曲线的软化段明显比拉伸时的斜率低。如图8－25 所示，压缩时的最大应力和最大失效应变分别为9.36 MPa 和0.011 8，高于拉伸时的最大应力1.16 MPa 和最大失效应变0.004 1。计算结果表明，PBX 9501 的压缩性能好于拉伸性能。
图8－24 压缩应变率为10－3s－1时PBX 9501 的应力－应变曲线
图8－26 所示为应变为0.96%、1.2%、1.77%和2.88%时PBX 9501 的损伤演化过程。在加载的初始阶段，应变从0 增加到0.96%，依然是黏结剂承载主要变形。由于颗粒和黏结剂的剪切滑动，相对较弱的颗粒／黏合剂界面发生脱黏，如图8－26 （a）所示。因此，界面的切向应力首先在压缩载荷下达到其临界值。随着载荷的增加，压缩强度达到最大值，并且在界面滑动和颗粒之间复杂的相互作用下，发生更多的界面微裂纹和颗粒的穿晶断裂［图8－26 （b）和（c）］。实际上，这种相互作用会影响PBX 9501 的失效机制。当应变达到2.88%时，伴随着许多微裂纹的生长和连接，由红线标记的宏观破坏路径在整个模型上扩散，表现出相对剪切破坏模式。由图8－26 可以看出，界面脱黏和颗粒破坏是PBX 9501 压缩时的主要失效机理，这与Gray等［20］及Zhou 等［21］的实验结果相类似。
图8－25 应变率为10－3s－1时PBX 9501 的应力－应变曲线
图8－26 应变在0.96%、1.2%、1.77%和2.88%时PBX 9501 的损伤演化过程（见彩插）
（a）应变为0.96%；（b）应变为0.96%；（c）应变为1.77%；（d）应变为2.88%
2.界面强度的影响
4 种不同的界面强度，如2 MPa、4.2 MPa、5 MPa 和7 MPa 选择用来研究10－2s－1压缩应变速率下界面强度对PBX 9501 力学性能的影响。图8－27 所示为不同界面强度时的应力－应变曲线。从图中可知，压缩强度随界面强度的增加而增大，但失效应变基本保持不变。
图8－27 不同界面强度时的应力－应变曲线
图8－28 所示为压缩载荷下不同界面强度时的失效路径。由图8－28 （a）～（d）可以看出，沿着界面的大量微裂纹表明弱界面的界面脱黏是主要的失效模式。随着界面强度的增加，颗粒破碎更严重，特别是界面强度为7 MPa 时。这表明较强的界面强度可防止颗粒／黏结剂界面的相对运动，从而增强颗粒之间的相互作用并增加颗粒破裂的可能性。计算结果和Wu 等的预测结果一致。
图8－28 压缩载荷下不同界面强度时的失效路径
（a）界面强度为2 MPa；（b）界面强度为4.2 MPa；（c）界面强度为5 MPa；（d）界面强度为7 MPa
3.应变率的影响
PBX 9501 的压缩性能表现出明显的应变速率依赖性。我们通过控制位移加载速率对三种不同应变率下PBX 9501 的压缩性能进行了模拟。图8－29 所示为应变速率为10－4s－1、10－3s－1和10－2s－1的应力－应变曲线。由图中可以看出，随着应变速率的增加，抗压强度增加，而与抗压强度相比，破坏应变几乎没有明显变化。基于这种现象，Wiegand 等［22］提出了PBX 的恒定临界应变破坏准则。
图8－29 应变率为10－4s－1、10－3s－1和10－2s－1的应力－应变曲线
图8－30 所示为PBX 9501 在三种应变率（10－4s－1、10－3s－1和10－2s－1）下的压缩失效路径。从图中对比可以发现，压缩作用下失效路径相似（如红线所示），这也说明失效路径对应变率不敏感。应变速率越高，颗粒失效越严重（用箭头标记）。这可以解释为什么在高应变速率下黏结剂中的硬化增强了压缩中的颗粒相互作用。这似乎意味着更强的黏结剂会增加颗粒破裂的可能性。
图8－30 PBX 9501 在10－4s－1、10－3s－1和10－2s－1三种应变速率下的压缩失效路径（见彩插）
（a）10－4s－1
图8－30 PBX 9501 在10－4s－1、10－3s－1和10－2s－1三种应变速率下的压缩失效路径（续）（见彩插）
（b）10－3s－1；（c）10－2s－1
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2023-06-27
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