动态拉伸计算结果的分析与优化

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：然而，随着颗粒体积分数的增大，炸药的脆性增加，更容易发生拉伸破坏。模型一、模型二和模型三的破坏应变分别为0.8%、1.3%、1.39%。图8－35三种不同颗粒体积分数和颗粒分布细观结构模型的应力－应变曲线图8－36～图8－38 所示为三种细观模型在动态拉伸载荷下的损伤破坏过程。从三种模型的计算结果可以发现，动态拉伸作用下PBX 的损伤机理主要是界面脱黏和黏结剂撕裂。

图8－35 所示为计算得到的8.1.2 节中三种不同颗粒体积分数和颗粒分布细观结构模型的应力－应变曲线。由图中可以看出，随着外加载荷的增加，应力随应变逐渐升高，直至达到峰值。具有较高颗粒体积分数的模型一在较小的破坏应变（应力达到峰值的应变）下达到临界破坏应力，并且斜率更陡，说明高颗粒体积分数模型的有效弹性模量大。然而，随着颗粒体积分数的增大，炸药的脆性增加，更容易发生拉伸破坏。对于颗粒体积分数为62%和63%的模型二和模型三，由于黏结剂的增多，增强了炸药承受变形的能力，从而延迟界面断裂。颗粒体积分数对破坏应变有显著影响。模型一、模型二和模型三的破坏应变分别为0.8%、1.3%、1.39%。

从模型二和模型三的应力－应变响应来看，不同的尺寸分布对PBX 的破坏行为也有影响。由图8－35 可以看出，在峰值压力之前，应力－应变响应几乎重合，模型二的临界破坏应力早于模型三，模型三的临界破坏应力高于模型二。可以推测，平均粒径较小的模型三更有利于提高PBX 的力学性能。

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图8－35　三种不同颗粒体积分数和颗粒分布细观结构模型的应力－应变曲线

图8－36～图8－38 所示为三种细观模型在动态拉伸载荷下的损伤破坏过程。对于颗粒体积分数为84%的模型一，在加载初期由于界面的材料强度较弱，观察到界面脱黏，在颗粒／基体界面逐渐出现一些分散的微裂纹［图8－36 （b）］。随着时间的推移，基体和颗粒／基体界面继续受到损伤，微裂纹继续产生；然后产生的微裂纹沿大颗粒边界传播并相互融合［图8－36 （c）］；最后，在时间t＝27.2 μs 时，形成一个主裂纹［图8－36 （d）］。当主裂纹形成时，其他区域的裂纹也停止了扩展。在模型二中以及在颗粒／基质界面［图8－37 （a）］中观察到微裂纹的出现，而在模型三中尚未产生微裂纹。结果表明，模型二和模型三比模型一需要更多的时间来引发裂纹。在时间t＝48 μs 时，模型二中形成主裂纹［图8－37（d）］。当t＝33.2 μs 时，模型三开始在颗粒／基体界面上产生微裂纹［图8－38 （a）］，并且在t＝42.8 μm 时形成主裂纹［图8－38 （d）］。三种模型的破坏演化基本相似，微裂纹总是以分散的方式在颗粒／基体界面萌生，也就是通常所说的界面脱黏。界面脱黏总是在大颗粒边界处首先发生；然后在基体中也产生微裂纹，裂纹沿着大颗粒边界逐渐汇合；最后相互贯通，形成垂直于加载方向的主裂纹，颗粒未发生破坏。通过比较可以发现，颗粒体积分数和分布影响了裂纹的产生和发展，较高的颗粒体积分数降低了相邻颗粒间基体的平均厚度，从而导致更严重的黏结剂变形和界面破坏。从三种模型的计算结果可以发现，动态拉伸作用下PBX 的损伤机理主要是界面脱黏和黏结剂撕裂。

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