高聚物粘结颗粒体裂纹萌生与自愈机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1830115
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The initiation and evolution of cracks in polymer bonded explosive (PBX) in service of weapon and equipment will affect the safety, reliability and detonation performance of explosives and their structures. Polymer bonded granula is a substitute material for PBX. Granula and polymer and bonding interface constitute the basis of mechanical behavior of substitute materials. The micro-scale material structure requires an introduction of rotation deformation. In view of effects of rotation deformation and temperature, the elastic-plastic and elastic visco-plastic constitutive relations in terms of stress-strain and couple stress-curvature tensor for granula and polymer, and the interfacial cohesion constitutive relation are established. The finite element equations and the numerical algorithm are properly formulated. In concern of rotation deformation, the stress and couple stress concentration as well as the changes of bonding forces and moments are demonstrated so that the mechanism of crack initiation and granula debonding is revealed. It is further studied that the reversibly and irreversibility of cracks are related to the temporal-spatial evolution of microstructure and internal tractions, the loading environment and the visco-plasticity of polymers, as a result, the mechanism of crack self-healing is explored. Mechanical properties test under thermal environment are carried out, with which parameters determination, microstructural observation and theoretical verification are carried out. PBX substitute material model and mechanical analysis method considering rotational deformation and temperature as well as strain rate effect are provided, which may be regarded as the theoretical basis of deformation and failure analysis of PBX.
高聚物粘结炸药(PBX)在武器装备服役过程中会出现裂纹的萌生和演化,影响炸药及其结构的安全性、可靠性和爆轰性能。高聚物粘结颗粒体是PBX替代材料,颗粒体和高聚物以及粘结界面构成替代材料力学行为的基础,微米级尺度的材料结构要求考虑材料的转动变形。本项目计及转动变形和温度影响,建立颗粒体和高聚物关于应力与应变、偶应力与曲率张量的弹塑性和弹粘塑性本构关系以及粘结界面的内聚力本构关系,建立适合的有限元方程和数值算法。研究计及转动变形时应力和偶应力的集中以及粘结力和力偶的变化,揭示颗粒体裂纹萌生和界面脱粘的机理。研究裂纹可逆和不可逆性与微结构变形和内力的演化、载荷环境、高聚物粘塑性的关联性,探索裂纹自愈的机理。开展原位观测和热力环境下的力学性能试验,进行参数确定、微结构演变观测及理论合理性验证。计及转动变形和温度及应变率效应的PBX替代材料建模及力学行为分析方法,为PBX的损伤破坏分析提供理论基础。

结项摘要

高聚物粘结炸药(PBX)是用于导弹战斗部装药、推进剂、水雷、鱼雷、反坦克导弹及核武器起爆装置等,在存储、运输、服役时经受载荷和温度环境下,炸药原生缺陷和微结构会发展演化,微裂纹和微缺陷可形成异常起爆等重大安全事故,影响炸药爆轰等物理力学性能。. 拓展了拉压弹性-转动弹塑性的材料力学理论,转动塑性的累计造成屈服应力的下降,形成材料的劣化以及微裂纹的萌生。建立了计及转动塑性的有限元数值分析模型,分析了微观缺陷导致的转动塑性及屈服应力和偶应力的演变,预测裂纹萌生趋势,提出了屈服应力与转动塑性的依赖关系。针对聚合物的超大变形特点,创新了计及转动变形的大变形度量理论,研制了平面超大变形的数字图像度量技术及其设备。建立了高聚物粘结颗粒体的微观特性几何模型,改进了材料细观结构的二维几何建模方法。探索了温压环境下高聚物粘结颗粒体的力学行为,表明降温及其温度循环易导致界面脱粘、颗粒尺寸突变易形成界面损伤,适当水平的压力有利于降低材料损伤。探索了不同体积分数的TATB基PBX在降温过程中界面的损伤差异,随着炸药晶粒体积分数的提高,降温过程中界面的残余刚度就越高,表明降低晶粒体积分数有助于减少界面脱粘。. 拉压弹性-转动弹塑性力学理论拓展了对传统弹塑性力学的认识,为裂纹的萌生和材料疲劳等问题提供了新的视角。创立计及转动变形的大变形理论,为连续介质力学的创新和改造奠定新的变形理论基础。改进的PBX细观结构的二维几何建模方法,更符合真实PBX的细观结构。升温和降温过程中PBX界面损伤机理和低压对变温环境下PBX 界面损伤的抑制作用,以及不同体积分数TATB基PBX在降温过程中界面损伤差异的研究,为炸药在存储、运输、服役时,避免极端环境下异常起爆提供重要参考意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Repeated energy absorption and multiple compressive responses of thermoplastic composite hierarchical cylindrical structures
热塑性复合材料分级圆柱结构的重复能量吸收和多次压缩响应
  • DOI:
    10.1016/j.compscitech.2022.109306
  • 发表时间:
    2022-02-06
  • 期刊:
    COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Liu, Houchang;Chen, Liming;Li, Weiguo
  • 通讯作者:
    Li, Weiguo
PBX⁃9502 的热循环不可逆变形机理数值模拟分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    含能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王艺;黄西成
  • 通讯作者:
    黄西成
Numerical simulations of the damage evolution for plastic-bonded explosives subjected to complex stress states
复杂应力状态下塑炸药损伤演化的数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.mechmat.2019.103179
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
    MECHANICS OF MATERIALS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu, Ming;Huang, Xicheng;Huang, Fenglei
  • 通讯作者:
    Huang, Fenglei
Numerical Research on a Three-Dimensional Solid Element Based on Generalized Elasticity Theory
基于广义弹性理论的三维实体单元数值研究
  • DOI:
    10.1155/2019/2307689
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Mathematical Problems in Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhen Qiao;Zhanfang Liu
  • 通讯作者:
    Zhanfang Liu
Research on a micro-trigger sensor for overspeed alarm and emergency protection
超速报警及应急保护微触发传感器的研究
  • DOI:
    10.1016/j.measurement.2019.106995
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Qiao Zhen;Liu Zhanfang
  • 通讯作者:
    Liu Zhanfang

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其他文献

弹性体作定轴转动的耦合动力学模型与数值分析
  • DOI:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郝志明
平面冲击波压缩下氧化铝陶瓷的动
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    常敬臻等
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    刘占芳;符志
  • 通讯作者:
    符志
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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悬臂微梁固有频率和模态的尺寸效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢新吉;刘占芳;杜丘美
  • 通讯作者:
    杜丘美

其他文献

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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