CN109975121B - 一种表征pbx造型粉可压性的快速评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，包括：步骤一：对PBX造型粉进行单轴压缩试验，获得压制载荷‑位移曲线；步骤二：对加载及卸载过程分别进行数值积分，获得压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2；步骤三：根据对加载段和卸载段的关注程度确定权重因子b的值，并计算PBX造型粉的可压性系数1/((1‑b)S0+bS2)，其中，0≤b≤1，则最终得到的可压性系数的值越大说明该PBX造型粉的可压性越好。本发明的快速评价方法具有试验过程简单、数据处理简单、效率高的优点，同时考虑了加载段和卸载段影响，只需对加卸载数据进行简单积分并求和求倒，即可得到可压性系数，方便用于工程实际。

Description

一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法
技术领域
本发明涉及材料压制性能技术领域，特别涉及一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法。
背景技术
高聚物粘接炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)，是通过含能晶体与粘结剂通过水悬浮等方法造粒，进而PBX造型粉通过模压或等静压压制成型的混合炸药。即具有高能炸药的作用，也具有良好的加工成型性能，因此在武器系统中广泛应用。
为保证PBX炸药爆轰性能及安全性能，需满足一定的密度及力学性能要求，因此PBX炸药在能满足条件的密度及力学性能前提下，工艺条件尽可能简单，即PBX炸药的可压性尽可能好。可压性，即压制成合格产品的难易程度。在粉体学中常用密度作为合格产品指标。已有的评价方法均仅考虑了加载过程，而未考虑卸载过程。压制后随着载荷的卸载，造型粉会发生弹塑性回复，由于压制过程中产品各物理位置所承受的压力不均匀，引起卸载过程中各位置所发生的弹塑性回复的不均匀，进而引起残余应力。由于PBX炸药抗拉强度较小(只有几Mpa)，残余应力的存在会进一步减少PBX构件的承载能力，因此可压性的评价不应完全局限于密度的目标，应同时考虑密度和力学性能(主要指残余应力)，即应同时考虑加载与卸载两个阶段。
目前，仍缺少既能同时考虑加载和卸载两个阶段，且操作简单，方便应用于工程实际的造型粉可压性评价方法。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，从能量角度，提出了可快速评价PBX造型粉可压性的比能量法，同时考虑加载和卸载两个阶段，且操作简单，方便应用于工程。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，具体包括以下步骤：
步骤一：对PBX造型粉进行单轴压缩试验，获得压制载荷-位移曲线；
步骤二：对加载及卸载过程分别进行数值积分，获得压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2；
步骤三：根据对加载段和卸载段的关注程度确定权重因子b的值，并计算PBX造型粉的可压性系数1/((1-b)S0+bS2)，其中，0≤b≤1，则最终得到的可压性系数的值越大说明该PBX造型粉的可压性越好，具体的，b表示对卸载段的关注程度，1-b表示对加载段的关注程度，二者关注程度和为1，即100％。
具体的，所述步骤一具体包括：首先，将一定质量的PBX造型粉置于模具中；然后，通过材料试验机以恒定的加载速率将PBX造型粉压缩到指定载荷，其次，再以与加载速率相同的速率进行卸载，直到PBX造型粉的载荷为0，最后，获得完整的压制过程的载荷-位移曲线，本技术方案中，通过现有技术中已有的材料试验机即可实现直接获取压制过程的载荷-位移曲线，一般在载荷-位移曲线中会分别将加载过程中表示载荷与位移关系的线条及卸载过程中载荷与位移关系的线条进行分别表示。
进一步地，所述步骤二中压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2的计算公式为：
Figure BDA0002033612070000021
其中，F为所述指定载荷，单位N，l0、l1、l2可从载荷-位移曲线中直接获得，单位均为m，载荷-位移曲线中，加载阶段，材料试验机的压头随着加载载荷的逐渐增大直至增加至指定载荷时，慢慢向下移动了l1-l0的距离，即压头的加载段位移为l1-l0；然后在卸载阶段，随着载荷的慢慢减小直至减小至载荷为0时，压头又回复了l1-l2的距离，即卸载段位移为l1-l2；则整个压制过程中压头下压的有效位移为l2-l0；S0为载荷-位移曲线中加载段线条积分，表示加载过程输入总能量，S2为载荷-位移曲线中卸载段线条积分，表示卸载过程回弹能量。
进一步地，所述步骤二中压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2的计算公式为：S0＝S1+S2，
Figure BDA0002033612070000031
其中，F为所述指定载荷，单位N，l0、l1、l2可从载荷-位移曲线中直接获得，单位均为m，载荷-位移曲线中，加载段位移为l1-l0；卸载段回复的位移为l1-l2；则整个压制过程中的有效位移为l2-l0；S1表示有效输入能量，S2为载荷-位移曲线中卸载段线条积分，表示卸载过程回弹能量。
进一步地，所述步骤三中，当仅关注压制过程对PBX造型粉压制密度的影响时，b＝0，可压性系数为1/S0；当仅关注压制过程对PBX造型粉残余应力的影响时，b＝1，可压性系数为1/S2；同时关注压制过程对PBX压制密度以及残余应力的影响时，则0＜b＜1，可压性系数为1/((1-b)S0+bS2)。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的表征PBX造型粉可压性的快速评价方法具有试验过程简单、数据处理简单、效率高的优点，且同时考虑了加载段和卸载段影响，只需对加卸载数据进行简单积分并求和求倒，即可得到可压性系数，方便用于工程实际，且本发明的可压性的快速评价方法也可拓展应用于其他材料。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中得到的载荷-位移曲线示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，具体包括以下流程步骤：
步骤一：对PBX造型粉进行单轴压缩试验，获得压制载荷-位移曲线；
具体为：首先，将一定质量的PBX造型粉(本实施例中具体为5g)置于模具中；然后，通过材料试验机以恒定的加载速率将PBX造型粉压缩到指定载荷，其中，恒定的加载速率5mm/min，指定载荷为10000N；其次，再以与加载速率相同的速率(即5mm/min)进行卸载，直到PBX造型粉的载荷为0，最后，获得完整的压制过程的载荷-位移曲线。
本技术方案中，通过现有技术中已有的材料试验机即可实现直接获取压制过程的载荷-位移曲线，本实施例中的材料试验机的型号为：英斯特朗公司生产的Instron5969材料试验机，一般在载荷-位移曲线中会分别将加载过程中表示载荷与位移关系的线条及卸载过程中载荷与位移关系的线条进行分别表示，本实施例中得到的载荷-位移曲线如图1所示，其中，曲线①为表示加载过程中载荷与压头位移变化关系的线条，曲线②为表示卸载过程中载荷与压头位移变化关系的线条。
从附图1中可得，本实施例中，压头的加载段位移为l1-l0；然后在卸载阶段，随着载荷的慢慢减小直至减小至载荷为0时，压头又回复了l1-l2的距离，即卸载段回复位移为l1-l2；则整个压制过程中压头下压的有效位移为l2-l0。
步骤二：对加载及卸载过程分别进行数值积分，获得压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2；
本实施例中，对于压制总能量的绝对值S0具有两种计算方式，其中一种是直接进行数值积分，第二种是由公式S0＝S1+S2计算，其中，
Figure BDA0002033612070000051
S0为加载段线条即曲线①的积分，表示加载过程输入总能量，其数值等于曲线①下方的面积，S1为加载段线条积分减去卸载段线条积分，表示有效输入能力，S2为卸载段线条即曲线②的积分，表示回弹能力，其数值等于曲线②下方的面积，且S0、S1、S2均为绝对值。
步骤三：根据对加载段和卸载段的关注程度确定权重因子b的值，并计算PBX造型粉的可压性系数1/((1-b)S0+bS2)，则最终得到的可压性系数的值越大说明该PBX造型粉的可压性越好。
对于权重因子b，其具体取值分为以下几种情况：
1)b＝0，可压性系数为1/S0，即可压性系数只与输入能量有关，即仅关注加载阶段，仅关注压制过程对PBX造型粉压制密度的影响；
2)b＝1，可压性系数为1/S2，即可压性系数只与回复能量有关，即仅关
注卸载阶段，仅关注压制过程对PBX造型粉残余应力的影响；
3)0＜b＜1，可压性系数为1/((1-b)S0+bS2)，即可压性系数同时与输入能量及回复能量都有关，即同时关注加载段和卸载段，同时关注压制过程对PBX造型粉压制密度以及残余应力的影响，b越小，说明对压制密度的关注程度越高，反之则说明对于残余应力的关注程度越高。如本实施例中若对压制过程对PBX造型粉压制密度以及残余应力的影响具有同样权重的关注，则b可取值为0.5。
具体情况中，针对不同造型粉以及工程实际需求偏重进行决定。比如只关心PBX炸药爆轰性能而不关注其承载性能，则仅关注密度，b＝0；若不关心PBX炸药爆轰性能只关注PBX炸药的承载性能(实际工程中不存在这种情况)，则仅关注残余应力，b＝1；若既关注爆轰性能及承载性能，则需要同时关注密度及残余应力，0＜b＜1，此时，b值的具体取值可根据对于爆轰性能及承载性能的关注权重比进行b值的具体取值。
上述实施例是将本技术方案应用于PBX造型粉的可压性评价中，本领域技术人员也可以参照本技术方案的宗旨，将其拓展应用于其他材料的可压性评价。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：对PBX造型粉进行单轴压缩试验，获得压制载荷-位移曲线；
步骤二：对加载及卸载过程分别进行数值积分，获得压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2；
步骤三：根据对加载段和卸载段的关注程度确定权重因子b的值，并计算PBX造型粉的可压性系数1/((1-b)S 0+ bS 2)，其中，0≤b≤1，则最终得到的可压性系数的值越大说明该PBX造型粉的可压性越好；b＝0，可压性系数为1/S0，即可压性系数只与输入能量有关，即仅关注加载阶段，仅关注压制过程对PBX造型粉压制密度的影响；b＝1，可压性系数为1/S2，即可压性系数只与回复能量有关，即仅关注卸载阶段，仅关注压制过程对PBX造型粉残余应力的影响；0＜b＜1，可压性系数为1/((1-b)S0+bS2)，即可压性系数同时与输入能量及回复能量都有关，即同时关注加载段和卸载段，同时关注压制过程对PBX造型粉压制密度以及残余应力的影响，b越小，说明对压制密度的关注程度越高，反之则说明对于残余应力的关注程度越高。
2.根据权利要求1所述的一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：
首先，将一定质量的PBX造型粉置于模具中；然后，通过材料试验机以恒定的加载速率将PBX造型粉压缩到指定载荷，其次，再以与加载速率相同的速率进行卸载，直到PBX造型粉的载荷为0，最后，获得完整的压制过程的载荷-位移曲线。
3.根据权利要求2所述的一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，其特征在于，所述步骤二中压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；其中，F为所述指定载荷，单位N，l0、l1、l2可从载荷-位移曲线中直接获得，单位均为m，载荷-位移曲线中，加载段位移为l1-l0；卸载段回复的位移为l1-l2；S0为载荷-位移曲线中加载段线条的积分，表示加载过程输入总能量，S2为载荷-位移曲线中卸载段线条的积分，表示卸载过程回弹能量。
4.根据权利要求2所述的一种表征PBX造型粉可压性的快速评价方法，其特征在于，所述步骤二中压制总能量的绝对值S0和回弹能量的绝对值S2的计算公式为：S0= S1+ S2，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 42935DEST_PATH_IMAGE004
；其中，F为所述指定载荷，单位N，l0、l1、l2可从载荷-位移曲线中直接获得，单位均为m，载荷-位移曲线中，加载段位移为l1-l0；卸载段回复的位移为l1-l2；则整个压制过程中的有效位移为l2-l0；S1表示有效输入能量， S2为载荷-位移曲线中卸载段线条的积分，表示卸载过程回弹能量，S0为载荷-位移曲线中加载段线条的积分，表示加载过程输入总能量。
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