
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 250060-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0060
收稿日期:2025-01-17
上线日期:2025-11-05
通讯作者:
基金资助:Received:2025-01-17
Online:2025-11-05
摘要:
为研究氟聚物基活性材料冲击点火和爆燃反应行为,基于实验观察分别提出累积温升点火机理及瞬态热扩散反应机理,开展活性材料Taylor杆冲击破碎、点火过程的热力耦合模拟,给出对应机理下的局部热点域温升。在此基础上,利用键基近场动力学热扩散理论并结合局部热点信息构建冲击碎裂材料的传热-化学反应模型,通过红外测温实验对求解结果进行验证分析。研究结果表明:点火反应前的杆件变形、碎裂模拟特征与实验记录图像基本吻合,较好地体现了活性材料的惰性响应;通过叠加绝热剪切温升和摩擦温升,杆件局部区域形成了满足点火阈值的热点域热点域与首次火光位置基本对应,绝热剪切温升和摩擦温升呈现不均匀分布,起始位置差别明显,绝热剪切温升在冲击总温升的累积中发挥了主要作用,表明累积温升点火机理模拟反映材料的冲击点火特征;爆燃反应过程模拟证明反应火光温度的不均匀分布状态受到冲击碎裂材料的质量、形态分布的直接影响;相比于热传递效应,随活性粒子反应度增加而不断释放的反应热对维持高温区域状态起到了关键性作用。
中图分类号:
李政, 马天宝. 氟聚物基活性材料冲击点火反应行为数值模拟[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250060-.
LI Zheng, MA Tianbao. Numerical Research on Impact Ignition Reaction Behavior of Fluoropolymer-Based Reactive Materials[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(10): 250060-.
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|---|
| ρ0/(kg·m-3) | 2260 | m | 0.7328 | E/MPa | 750 | Tm/K | 597 |
| v | 0.38 | Tr/K | 293 |
| Cp/(J·kg-1·K-1) | 1.16×103 | ${\stackrel{·}{\epsilon }}_{0}$ | 1 |
| λb/(W·m-1·K-1) | 0.52 | β | 0.7 |
| λs/(W·m-1·K-1) | 45 | D1 | 0.23 |
| αex/℃-1 | 1.24×10-7 | c0/(cm·μs-1) | 1.84 |
| A/MPa | 13.38 | s | 1.707 |
| B/MPa | 84. 64 | Γ0 | 0.59 |
| n | 0.4527 | μ | 0.14 |
| C | 0.374 | Vf | 22.7% |
表1 PTFE/Al活性材料模型参数[12,15,17,27]
Table 1 Material model parameters of PTFE/Al[12,15,17,27]
| 参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
|---|---|---|---|
| ρ0/(kg·m-3) | 2260 | m | 0.7328 | E/MPa | 750 | Tm/K | 597 |
| v | 0.38 | Tr/K | 293 |
| Cp/(J·kg-1·K-1) | 1.16×103 | ${\stackrel{·}{\epsilon }}_{0}$ | 1 |
| λb/(W·m-1·K-1) | 0.52 | β | 0.7 |
| λs/(W·m-1·K-1) | 45 | D1 | 0.23 |
| αex/℃-1 | 1.24×10-7 | c0/(cm·μs-1) | 1.84 |
| A/MPa | 13.38 | s | 1.707 |
| B/MPa | 84. 64 | Γ0 | 0.59 |
| n | 0.4527 | μ | 0.14 |
| C | 0.374 | Vf | 22.7% |
图25 爆燃反应场的温度响应及反应状态对比(左:热成像温度,中:模拟温度,右:模拟反应度)
Fig.25 Comparison of temperature distribution and reaction state in deflagration reaction field (left: thermal imaging temperature; mid: simulation temperature; right: simulation reactivity)
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| [3] |
邵志宇, 董超超, 伍思宇, 等. 头部含能杆入水穿靶释能特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(10): 2518-2525.
|
|
|
|
| [4] |
武强. 含能材料防护结构超高速撞击特性研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2016: 62-83.
|
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| [5] |
|
| [6] |
|
| [7] |
|
| [8] |
任耶平, 刘睿, 陈鹏万, 等. Al/PTFE活性材料冲击载荷作用下响应特性研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(6): 124-135.
|
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|
|
| [9] |
郭俊. 活性分段动能杆对混凝土靶的毁伤效应研究[D]. 北京: 北京理工大学, 2016.
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| [10] |
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| [11] |
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| [12] |
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| [13] |
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| [14] |
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| [18] |
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| [19] |
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| [20] |
|
| [21] |
|
| [22] |
|
| [23] |
李金河, 訾攀登, 张旭, 等. 用组合式电磁粒子速度计研究一种活性材料反应特性[J]. 高压物理学报, 2017, 31(3): 309-314.
|
|
|
|
| [24] |
朱锡雄, 朱国瑞. 高分子材料强度学: 变形和断裂行为[M]. 杭州: 浙江大学出版社, 1992: 153-247.
|
|
|
|
| [25] |
张立强, 冯雁歌, 李小娟, 等. 钢-聚四氟乙烯摩擦界面的摩擦起电行为[J]. 摩擦学学报, 2021, 41(6): 983-994.
|
|
|
|
| [26] |
秦庆华, 杨庆生. 非均匀材料多场耦合行为的宏细观理论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 36-39.
|
|
|
|
| [27] |
|
| [28] |
|
| [29] |
杜宁, 张先锋, 熊玮, 等. 爆炸驱动典型活性材料能量释放特性研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(4): 042301.
|
|
|
|
| [30] |
|
| [31] |
毛亮, 叶胜, 胡万翔, 等. 聚四氟乙烯基铝活性材料的热化学反应特性[J]. 兵工学报, 2020, 41(10): 1962-1969.
|
|
|
|
| [32] |
|
| [33] |
|
| [34] |
焦晓龙, 徐豫新, 吴宗娅, 等. 活性壳体温压战斗部对相控阵雷达天线的毁伤效应[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 1725-1734.
|
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|
|
| [35] |
|
| [36] |
|
| [1] | 向镜安, 王海福, 闫月光, 曲利峰, 葛超. 活性内芯侵爆结构侵彻多层间隔靶自分布释能机理与模型研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240876-. |
| [2] | 闫月光, 葛超, 张勇, 王晋, 吕博宇, 余庆波, 王海福. 基于弱耦合跨尺度方法的氟聚物基活性材料冲击力-化学响应行为[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240948-. |
| [3] | 刘瀚文, 付小龙, 王江宁, 孟赛钦. 基于近场动力学方法的NEPE推进剂断裂失效[J]. 兵工学报, 2025, 46(7): 240613-. |
| [4] | 周捷, 赵旭峰, 皮爱国. 基于碎片尺寸分布的活性材料冲击释能计算[J]. 兵工学报, 2025, 46(6): 240545-. |
| [5] | 张力中, 任会兰, 栗建桥, 李尉. 铝钨活性材料力学性能及侵彻特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250529-. |
| [6] | 李丹一, 程扬帆, 李翔, 王浩, 赵长啸, 沈兆武. Al/PTFE/TiH2三元活性材料与RDX组合装药的爆炸释能特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231211-. |
| [7] | 别海远, 张鸿宇, 马红兵, 邱文豪, 郑元枫. 包覆式活性EFP成型机理与规律研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231219-. |
| [8] | 张甲浩, 郭萌萌, 周晟, 余庆波. 活性横向增强弹靶后横向效应实验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2270-2281. |
| [9] | 夏全志, 吴艳青, 柴传国, 杨昆, 黄风雷. 冲击加载下PBX界面对热点形成和安全性影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(6): 1840-1853. |
| [10] | 赵涵, 任会兰, 宁建国. 铝纤维增强铝/聚四氟乙烯活性材料力学性能及反应特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1573-1581. |
| [11] | 王纪龙, 温垚珂, 刘东旭, 王会成, 沈周宇, 罗小豪. 基于键基近场动力学对防弹插板在步枪弹侵彻下的力学响应仿真[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 4094-4105. |
| [12] | 郑元枫, 王仕鹏, 李培亮, 张勇, 葛超. 活性/金属串联爆炸成型弹丸侵爆耦合毁伤行为[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2273-2282. |
| [13] | 王海福, 何锁, 蔡轶强, 向镜安, 苏成海, 郭焕果. 活性复合射流侵彻多层间隔靶毁伤行为[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 325-333. |
| [14] | 苏成海, 李宗谕, 郑元枫, 郑志坚, 郭焕果. 活性药型罩聚能装药侵彻爆燃试验及耦合作用机理分析[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 334-344. |
| [15] | 葛超, 曲卓君, 王晋, 胡蝶, 王海福. 氟聚物基活性材料动态压剪实验研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1816-1822. |
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