【摘 要】
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铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）活性材料又称冲击引发的含能材料。由于其在常态下具有钝感、高能、热稳定以及高强度等特性,被世界各国科研工作者认为是一种性能优异的活性毁伤材料。利用Al/PTFE活性材料制备的弹丸在超高速碰撞目标靶板时,兼具良好的动能侵彻效果与化学反应释能特性。为了深入研究在真空条件下,增强型Al/PTFE活性弹丸超高速碰撞空间飞行器产生力热电耦合的毁伤效果,本文采用实验研究和数值模拟
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铝/聚四氟乙烯（Al/PTFE）活性材料又称冲击引发的含能材料。由于其在常态下具有钝感、高能、热稳定以及高强度等特性,被世界各国科研工作者认为是一种性能优异的活性毁伤材料。利用Al/PTFE活性材料制备的弹丸在超高速碰撞目标靶板时,兼具良好的动能侵彻效果与化学反应释能特性。为了深入研究在真空条件下,增强型Al/PTFE活性弹丸超高速碰撞空间飞行器产生力热电耦合的毁伤效果,本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法分析Al/PTFE超高速撞击薄铝板的力热电效应。本文的研究工作及取得的成果如下:（1）采用速冷降温工艺对传统型Al/PTFE（质量比26.5%/73.5%）活性材料试件热压烧结制备工艺进行改进,获得了增强型Al/PTFE活性材料试件。通过分离式霍普金森压杆加载系统（SHPB）和高速摄像机采集系统,开展2300～3000s-1应变率范围内增强型Al/PTFE活性材料试件的动态压缩力学性能测试以及动态压缩过程采集。结果表明,试件在该应变率范围内,动态压缩强度在69～131MPa范围内,且试件的动态压缩强度随应变率的提高而增大。（2）通过二级轻气炮加载系统,开展了在真空条件下增强型Al/PTFE活性材料弹丸超高速碰撞2A12双层薄铝板实验,采用瞬态光纤高温计采集系统对着靶点附近的可见光（380～780nm）辐射温度进行测量。结果表明,弹丸初速度在1.95～2.45km/s范围内,产生峰值温度为2337～3237℃,且峰值温度随着弹丸速度的增大而增加;在弹丸速度约为2.3km/s时,碰撞2mm铝靶产生峰值温度为2583～2854℃,碰撞3mm铝靶产生峰值温度为2934～3125℃。（3）基于等离子体物理学的相关理论建立了朗缪尔（Langmuir）三探针诊断系统,并对增强型Al/PTFE活性弹丸超高速碰撞产生等离子体特性进行实验研究。实验结果表明,弹丸初速度在1.95～2.45km/s范围内,产生的电子温度峰值介于3.12～4.20eV间;电子密度峰值在0.86×1015m-3～1.21×1015m-3范围内;在超高速碰撞过程中,碰撞3mm铝靶产生的等离子特征参量高于碰撞2mm铝靶。（4）通过ANSYS-AUTODYN显示动力学软件,分别使用Langrange算法、Lagrange-Euler耦合算法以及SPH算法对圆筒试验进行数值仿真。通过理论计算和数值仿真相结合的方法确定了适用于表征增强型Al/PTFE活性弹丸爆轰特性的JWL状态方程;在综合分析点火准则、Shock状态方程以及JWL状态方程的基础上,得到了活性弹丸冲击起爆的一体化材料模型;基于该模型对AUTODYN仿真软件进行二次开发,通过活性弹丸冲击起爆的数值仿真和相同工况下实验结果对比分析,验证了仿真模型的可靠性。
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