【摘 要】
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本文以药型罩用PTFE/Cu复合材料为研究对象,开展了关于PTFE/Cu复合材料制备工艺研究,探讨了密度变化对PTFE/Cu力学性能的影响,揭示了不同密度PTFE/Cu复合材料的压缩破坏特性以及失效微观结构;定性分析了不同制备工艺PTFE/Cu复合材料的物相成分;建立了PTFE/Cu复合材料的本构模型和物态方程;开展了不同制备工艺PTFE/Cu药型罩的射流成型研究。为了探讨PTFE/Cu射流对靶板
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本文以药型罩用PTFE/Cu复合材料为研究对象,开展了关于PTFE/Cu复合材料制备工艺研究,探讨了密度变化对PTFE/Cu力学性能的影响,揭示了不同密度PTFE/Cu复合材料的压缩破坏特性以及失效微观结构;定性分析了不同制备工艺PTFE/Cu复合材料的物相成分;建立了PTFE/Cu复合材料的本构模型和物态方程;开展了不同制备工艺PTFE/Cu药型罩的射流成型研究。为了探讨PTFE/Cu射流对靶板的破甲性能,完成了不同制备工艺和密度PTFE/Cu药型罩形成射流侵彻靶板和反应装甲的试验研究。论文的主要研究工作和结论如下:（1）采用挤出成型、模压成型、模压烧结、热压烧结四种制备工艺分别制备出密度为3g/cm3、3.5g/cm3、4g/cm3的组织均匀且致密的PTFE/Cu复合材料药型罩。随着Cu含量的增多,药型罩的实际密度越来越难接近理论密度值,其中,挤出成型、模压成型、模压烧结制得的药型罩内外表面光滑,成形良好,而热压烧结药型罩的表面残留了大量的石墨纸涂层。（2）利用万能试验机对PTFE/Cu复合材料进行准静态压缩试验,通过分离式霍普金森杆对PTFE/Cu复合材料进行动态力学性能试验。结果表明,PTFE/Cu复合材料的力学性能更受制备工艺的影响,模压成型试样是四种制备工艺中力学性能最差的,其失效模式为典型的脆性复合材料特征,而其余制备工艺得到的试样均表现出粘塑性复合材料的破坏特性。基于动静态力学测试试验结果,分别标定出不同制备工艺的PTFE/Cu复合材料的Johnson-Cook本构方程参数以及?物态方程参数。（3）通过SPH算法,基于LS-DYNA有限元软件分别对不同制备工艺的PTFE/Cu复合材料药型罩的射流成型进行了数值模拟。药型罩的参数通过相关试验和理论计算而得。数值模拟结果表明PTFE/Cu射流头部具有明显的径向膨胀效应,但是随着密度的增大,PTFE/Cu射流头部特性越来越像金属Cu射流,头部膨胀效果被弱化,射流的凝聚性得到了增强,同时,密度的提高使得射流速度降低。对PTFE/Cu药型罩分别进行脉冲X光试验,试验结果表明,仿真计算出的射流速度与实际试验所测得的数据误差控制在5.35%以内,其中,挤出成型药型罩的射流速度与试验结果误差最小,为1.18%,对比试验结果可得,同一种试验工况,模压成型药型罩的射流速度最大,紧接着是模压烧结药型罩,其次是热压烧结药型罩,最后是挤出成型药型罩。（4）分别从两个方面来研究不同制备工艺的PTFE/Cu药型罩形成射流的毁伤特性,第一个方面是PTFE/Cu射流对钢靶的侵彻性能,另一方面是PTFE/Cu射流对反应装甲的冲击起爆情况。对不同工况的PTFE/Cu药型罩侵彻钢靶进行了数值模拟,并进行了试验验证。研究结果表明,PTFE/Cu射流侵彻钢靶时有明显的扩孔效应,其中模压成型药型罩的射流对钢靶的侵彻深度为25mm,侵彻孔径为19mm;模压烧结药型罩的射流对钢靶的侵彻深度为24mm,侵彻孔径为15 mm;挤出成型药型罩形成的射流对钢靶的侵彻深度为26mm,侵彻孔径为20mm。热压烧结的PTFE/Cu试样其力学性能优于模压烧结试样,但是热压烧结的PTFE/Cu药型罩形成的射流对钢靶的侵彻特性不如模压烧结药型罩,两种药型罩对钢靶的扩孔效果接近。不同工况的PTFE/Cu射流冲击起爆反应装甲的试验结果表明:炸高为两倍装药口径时,模压成型药型罩形成的射流可以起爆反应装甲,而模压烧结、热压烧结和挤出成型药型罩形成的射流实现了对反应装甲的“穿而不爆”。
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