超声空化处理对高聚物粘结炸药表面结构的影响研究

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压制过程中PBX炸药颗粒的破碎及损伤

压制过程中PBX炸药颗粒的破碎及损伤
Fig.3 The particle size distribution of HMX in the PBX before and after pressing
从图3可以看出,压制后由于炸药的颗粒发生 破碎,炸药的平均粒径减小,压力越高,粒径减小越 大,颗粒的破碎越严重。从表1可以发现,热压平均 粒径在各个压力段比冷压平均粒径稍大,且在相同 压力条件下,热压制品的密度也明显大于冷压制品。 一方面可能是由于热压时黏结剂的润滑作用导致热 压过程的HMX颗粒破碎率明显比冷压过程低;另 一方面,可能是70’C时,在一定压力条件下,炸药晶 体之间以及在炸药晶体的晶体界面及晶内的其他非
压制品炸药颗粒保持了较好的形貌。表明在压制成 由于晶体缺陷的影响,孪晶变形受到抑制,晶体最终
万方数据
第33卷第1期
梁华琼,雍 炼,唐常良,陈学平:压制过程中PBX炸药颗粒的破碎及损伤
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发生断裂,压力越大,断裂越严重。同时,从图2(c)~ 图2(h)可以很明显看出,温度对炸药颗粒破碎的影 响非常明显,冷压制品的炸药颗粒破碎程度比热压 制品炸药颗粒的破碎程度严重。
型的初始阶段,温度对炸药颗粒的影响非常明显,冷 压过程中炸药晶体的破碎明显比热压过程中炸药晶 体的破碎程度大。
2结果与讨论
2.1 压制条件对PBX炸药颗粒的损伤 压制前,对经过深度腐蚀的PBX进行扫描电镜
分析,HMX的晶体形貌见图1。可以看出,炸药颗粒 比较完整,菱角比较分明,没有明显的裂纹。
图2不同压力及不同温度压制条件下HMX颗粒的形貌 Fig.2 SEM image of HMX after pressing under different pressures and temperatures
图3为压制前和压制压力分别为50、100、200和 250MPa条件下同批次PBX炸药颗粒中HMX粒度 分布曲线。表l为粒度分布统计结果,其中d为体积 平均粒径。

超声波在材料工程中的应用研究进展

超声波在材料工程中的应用研究进展

超声波在材料工程中的应用研究进展摘要:超声波是一种波长极短的机械波,基于其空化和共振等效应衍生开发的超声技术已应用于材料工程各个领域。

介绍了超声波的作用原理,即空化效应和共振效应。

空化气泡的形成、塌陷或消散会在气泡附近形成高温高压,同时生成巨大的冲击力和微射流,这种现象即超声波的“空化效应”。

当材料受到和固有频率相同的超声波振动时,材料被激励形成共振现象,材料内部应力增加或释放,其结构便可能被破坏,这种现象即超声波的“共振效应”。

详细总结了近年来超声波在材料制备、加工、检测及回收方面的部分应用,同时指出了超声波应用所临的问题,以及展望了超声波在材料工程中的应用前景。

关键词:超声波;材料工程;应用研究进展引言桩基是承载建筑物全部或者部分荷载的基础构造物,在桩基施工和使用过程中,受到施工技术、地质条件、不可抗力以及人为主观因素的影响,极易出现接桩开裂、焊缝松动、桩体下沉等质量缺陷,进而使建筑物的安全性能受到严重影响。

而利用超声波无损检测技术可以快速准确地判定质量缺陷类型与具体部位,进而及时采取补救措施,以消除质量与安全隐患。

1材料成型与控制工程模具制造工艺概述材料成型和控制工程模具制造技术作为我国工业领域中最基本的原料生产技术,涉及诸多的专业内容,一般是通过铸造、冲压、注射成型、焊接、轧制、3D打印等多种工艺方法,将材料在一定压力和温度等条件下制作成指定的形状尺寸。

材料成型与控制工程是两种关系非常紧密的制造技术,这两种制造技术能够将不同材质的材料制作成不同形状和用途的产品,是机械制造产业的基础技术。

材料成型与控制工程模具制造工艺能够和其他的制造工艺进行有机结合,在不同的生产领域发挥作用。

材料成型和控制工程模具制造技术当前在我国得到了快速的发展,目前正朝着智能化和自动化的方向发展,从而不断提高加工的质量和效率。

2超声波无损检测技术的应用优势与局限性2.1应用优势首先,超声波无损检测技术适用范围广,既可以对金属制件进行无损检测,又可以检测非金属与复合材料制件。

超声波的空化作用在聚合物化工中的应用

超声波的空化作用在聚合物化工中的应用

早在 2 O世纪 2 年 代, 国的 Rca O 美 i r L o i 首先研究 了超声波 h d和 o ms 对各种固体 , 和溶液的作用 , 液体 发现超声波可 以加速化学反应 。 由于 当
时 的超声技术水平较低 , 研究和应用受到了很大 的影响和限制。到了 2 O 世纪 8 O年代 中期 , 随着超声设备 的普及 与发展 , 为超声 波在化学化工过
善那些 以植物根茎为原料 的萃取过程, 例如甜菜糖的超声萃取 。 因为在空 化核崩溃 时产生 的微射流既能破坏细胞壁, 使细胞 质溶入周 围的液体 中, 又能改善传质过程, 从而提高萃取速率和效率。 在医药生产行业超声萃取 也有应用, 例如螺旋藻和黄连素 的超声萃取 , 超声波可促进黄连素的提 取, 又不改变黄连素 的结构。 秦炜等以乙醇萃取姜黄色素为例研究了超声 场对 固一 液体 系的浸取 速率和提取率 的影响 , 研究结果 表明 , 在超 声波 的作用下浸取 速率和提取率可明显提高 。 超声萃取也可用来萃取塑料薄 膜 中的添加剂 , 5 0 2 k z 用 0 W,8 H 的超声波将结合于聚 乙烯薄膜以形 成 泡沫的 N C 提取出来只需要 3 i;将高密度聚乙烯膜 中的添加剂提 aI .m n 5 取出来 , 以制成供 电池用的高孔隙率、 低电阻率的聚乙烯 隔板需 2 , 4 而 h 在 1 z 1 0 H 超声作用下只需 5 i 0 H 一 0) z k I k O n m 。
温 )三 是光效 应( , 声致发 光 ) 四是 活 化效应 ( , 水溶 液中产 生羟基 自由
超声波通 常是 指振 动 2 次/ 以上的高频声波。 目 , 声波广 泛 万 s 前 超
应 用在清洗 , 切削 、 L 医疗诊断 , 钻孑 、 地质测量 , 金属无损探伤等方面 。在 化学工业 中, 超声 波的应用也越来 越受 到重视 , 由此产生 了一 门新型交 叉学科—— 声化学 。

超声空化效应在治疗领域中的研究进展

超声空化效应在治疗领域中的研究进展

超声空化效应在治疗领域中的研究进展钟渝;刘政【摘要】近年来,超声空化效应已成为医学界的研究热点,其在基因治疗、药物传递、溶栓及肿瘤治疗等领域应用前景广阔,未来有望成为一种新的安全、无创的治疗手段.本文就超声空化效应在治疗领域中的研究进展综述如下.【期刊名称】《临床超声医学杂志》【年(卷),期】2016(018)004【总页数】3页(P256-258)【关键词】超声空化;治疗;微泡;造影剂【作者】钟渝;刘政【作者单位】400020重庆市,中国人民解放军第三二四医院肾内科;第三军医大学新桥医院超声科【正文语种】中文【中图分类】R445.1近年来,随着对超声应用基础研究的深入,超声空化效应越来越受到重视,其在药物传递、基因治疗、溶栓及肿瘤治疗方面均显示有广阔的应用前景,有望发展为一种全新的安全、高效、简单的无创治疗手段。

本文就超声空化效应在治疗领域中的研究进展综述如下。

一、超声空化效应的发生及物理机制空化效应是超声的一种重要物理效应,是指液体中的微小气泡在超声作用下发生震荡、膨胀、收缩及内爆等一系列动力学过程,而微小气泡爆炸的瞬间气泡内能量快速释放,导致发光、高温、高压、放电及微射流等极端物理现象[1]。

空化效应可分为稳态空化和瞬态空化[2],稳态空化是指微气泡在低声压下产生对称性压缩和膨胀,气泡直径保持相对恒定而不破裂;瞬态空化则是指微气泡在高声压下产生不对称压缩和膨胀,最终发生破裂崩溃[3],该作用非常剧烈,当气泡体积缩小到极点时可产生数千度的高温、高压现象,并伴随冲击波、微束流和自由基的产生。

这种剧烈的物化反应可导致组织损伤,表现为明显增强细胞膜的通透性,诱发内皮细胞间隙增宽、损伤,DNA断裂,最终导致微血管破裂、溶血、出血及血栓形成[4]。

空化效应是一种阈效应,超声空化阈值与液体中微气泡(即空化核)的存在、数量及浓度密切相关[5]。

超声微泡造影剂作为人造空化核进入机体后可显著增强空化效应,其机制主要有以下两方面:①增加外源性空化核数量,进而增加空化效应的强度;②降低超声的空化阈值。

流体动力超声在火炸药生产中的应用展望

流体动力超声在火炸药生产中的应用展望

Abstract:Thepaperputtheemphasisonintroductionofapplicationstightlywithexplosive,whicharewax proofandviscosityreduction,extraction,emulsificationanddisperse,atomizationandwashingrespective ly.Then,weproposetheprospectandfeasibilityofhydrodynamicacousticinexplosiveproduction.Inthe backgroundofcivilmilitaryintegration,hydrodynamicacousticwillbewidelyusedinexplosiveindustry. Keywords:ultrasonic;hydrodynamic;explosive;civilmilitaryintegration
图 2 Hartmann声波发生器示意 Fig.2 Theschematicdiagram ofHartmannultrasonicgenerator
电话:029-88291778,E-mail:xu204s@sina.com
804
应用化工
第 47卷
1 基础研究
上世纪 60年代俄罗斯等国就对流体动力式超 声发生 器 工 作 时 产 生 的 空 化 效 应 进 行 了 研 究。 1965年俄罗斯文献通过铅试样被空化侵蚀作用研 究了簧片哨工作时产生的空化效应。实验表明, 簧片哨空化侵蚀速度比普通水力空化侵蚀速度高 两个数量级。这么大的侵蚀速度是由于空化云的 闭合阶段与 声 波 压 缩 阶 段 相 互 一 致,而 且 闭 合 时 间近似 等 于 声 波 振 动 的 半 个 周 期。 在 这 些 情 况 下 ,侵 蚀 速 度 就 会 增 高 ,当 空 化 云 的 闭 合 时 间 与 声 波压缩时 间 不 一 致 时,就 观 察 不 到 侵 蚀 作 用。欧 美等国家也 在 研 究 流 体 动 力 和 声 学 的 基 础 上,先 后研制 出 了 几 种 声 波 发 生 器。Hartmannn声 波 发 生器即是其 中 一 种 流 体 动 力 声 波 发 生 器,其 结 构 及作用原理见图 2。

高强度聚焦超声治疗中空化效应的进展

高强度聚焦超声治疗中空化效应的进展

2011年1月中国医学物理学杂志Jan.,2011第28卷第1期Chinese Journal of Medical Physics Vol.28.No.1高强度聚焦超声治疗中空化效应的研究进展李全义,李付长(深圳武警边防医院,广东深圳518019)摘要:高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)作为一种新技术已经成功的应用于临床治疗,其治疗机制一直是研究热点。

本文就HIFU治疗中空化效应进行综述。

关键词:高强度聚焦超声;空化DOI编码:doi:10.3969/j.issn.1005-202X.2011.01.026中图分类号:TB556文献标识码:A文章编号:1005-202X(2011)01-2426-04Advancement in Cavitational Effects of High Intensity Focused Ultrasound During ThareputicsLI Quan-yi,LI Fu-chang(Shenzhen Frontier Armed Police Hospital,Shenzhen Guangdong518029,China)Abstract:High intensity focused ultrasound(HIFU)as a new technology has been used in clinical practices.The mechanism is one of the hot points in research.Cavitation was reviewed in this paper.Key words:high intensity focused ultrasound;cavitation前言高强度聚焦超声(high intensity focused ultra-sound,HIFU)作为一种治疗肿瘤的新方法已经得到临床的认可。

高强度聚焦超声空化效应的研究进展

高强度聚焦超声空化效应的研究进展

综 述高强度聚焦超声空化效应的研究进展刘春梅(综述) 李发琪 王智彪(审校)摘 要 高强度聚焦超声(HIFU)是一种新兴的非侵入性局部治疗技术,对HIFU的生物学效应之一 空化效应的研究较少。

本文就空化效应在HIFU治疗中的应用,HIFU空化效应的预测和检测,以及HIFU空化效应的调节和控制作一综述。

关键词 高强度聚焦超声;空化效应Advancement in cavitational effects of high intensity focused ultrasoundLiu Chun mei,Li Faqi,Wang ZhibiaoDepartment of Biomedical Engineering,Institu te of U l trasonic Engineering in Medicine,Chongqing Medical University,Chongqing400016,ChinaABSTRACT High intensity focused ultrasound(HIFU)is a promising non-invasion treatment technique.Little research has been done in cavitational effects which is one of the biological effects of HIFU.This review will be addressed in the application of cavita-tional effects in HIFU treatment,prediction and detection of HIFU cavitational effects and regulation and manipulation of HIFU cavitat-ional effects.KEY WORDS High intensity focused ultrasound;Cavi tational effects高强度聚焦超声(hi gh i ntensity focused ul trasound,HIFU)技术是一发展迅速的无创治疗技术。

【CN109781865A】一种用于高聚物粘结炸药表面裂纹检测的超声成像方法和装置【专利】

【CN109781865A】一种用于高聚物粘结炸药表面裂纹检测的超声成像方法和装置【专利】

权利要求书2页 说明书5页 附图6页
CN 109781865 A
CN 109781865 A
权 利 要 求 书
1/2 页
1 .一种用于高聚物粘结炸药表面裂纹检测的超声成像方法,其特征在于:将检测被测 材料表面裂纹的 换能器作为传感器 ,在无 损伤和有 损伤试件上分 别布置阵 列传感器 ,激励 一定频率的 超声波 ,采集经过各路径无 损伤时的 参考信号 和有 损伤时的 损伤信号 ,利 用参 考信号和损伤信号计算各路径SDC值和空间分布函数,根据各路径SDC值和空间分布函数重 构损伤试件检测区域图像。
代理人 戚东升
(51)Int .Cl . G01N 29/44(2006 .01) G01N 29/04(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109781865 A (43)申请公布日 2019.05.21
( 54 )发明 名称 一种用于高聚物粘结炸药表面裂纹检测的
超声成像方法和装置 ( 57 )摘要
的值,
9)计算各路径空间分布函数Str ,
其中 ,t表示激励端
位置编号 ,r表示接收端位置编号 ,β为形状系数 ,表示为βtr=Rtr ,max-damage-range>1 ,而R表示损 伤 区 域 内 的 点 到 激 励 端 和 接 收 端 之 和 与 激 励 端 接 收 端 的 距 离 之 比 ,即
2 .根据权利要求1所述的一种用于高聚物粘结炸药表面裂纹检测的超声成像方法,其 特征在于,包括以下步骤:
1) 根 据被 测试件材料的 波速 信息设计 用于检 测被 测材料 表面裂纹的 换能 器 作为阵 列 传感器;
2)固定无损伤的被测试件; 3) 在无 损伤的 被 测试件表面布置阵 列传感器 ,传感器两两一组成对放置 ,其中一端激 励时 另一端接收 ; 4) 信号经耦合进入被测试件表面 ,采集所有接收端的 信号 ,接着保持传感器位置不变 , 成对放置的 传感器激励端接收 端互换 ,采集所有接收 端的 信号 ,此时 将采集到的 所有信号 作为参考信号X; 5)固定有损伤的被测试件; 6) 在引入表面裂纹的被测度件表面布置与步骤3) 相同阵 列传感器 ,传感器两两一组成 对放置,成对传感器其中一端激励时另一端接收; 7) 信号经耦合进入被测试件表面 ,经过裂纹区域之后被接收端接收 ,采集所有接收端 的信号,接着保持传感器位置不变,成对放置的传感器激励端接收端互换,采集所有接收端 的信号,此时将采集到的所有信号作为损伤信号Y; 8)综合所有的参考信号X和损伤信号Y,计算每条传感路径上对应信号的平均值μX和μY, 将采集到的离散数据中离散点的总个数作为数据长度K,分别计算各路径信号差异系数SDC

高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

第35卷第1期中国机械工程V o l .35㊀N o .12024年1月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p.160G180高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望孙海涛1㊀詹㊀梅1㊀樊晓光1㊀郭㊀靖2㊀韩㊀超2㊀张㊀君31.西北工业大学材料学院,西安,7100722.中国工程物理研究院化工材料研究所,绵阳,6219003.中国重型机械研究院股份公司金属挤压与锻造装备技术国家重点实验室,西安,710032摘要:压装型高聚物黏结炸药(P B X )因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部.未来作战环境和战略需求的不断变化,促使压装型P B X 朝着高质量㊁高安全㊁高效率成型制造的方向发展.综述了压装型P B X 在成型质量与性能调控㊁压制安全性㊁自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题.首先探讨了P B X 在成型质量与性能调控方面的研究进展,包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性㊁损伤演化机制与界面性能调控㊁残余应力检测与调控;进而分析讨论了P B X 的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状;最后基于对研究现状的分析,展望了P B X 压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战.关键词:高聚物黏结炸药;压制成型;成型质量;安全性;数字化中图分类号:T J 55D O I :10.3969/j.i s s n .1004 132X.2024.01.016开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c hP r o g r e s s e s a n dP r o s p e c t s o fC o m p r e s s i o n M o l d i n g of H igh Gpe rf o r m a n c eP B X S U N H a i t a o 1㊀Z H A N M e i 1㊀F A N X i a og u a n g 1㊀G U OJ i n g 2㊀H A N Ch a o 2㊀Z H A N GJ u n 31.S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i a n ,7100722.I n s t i t u t e o fC h e m i c a lM a t e r i a l s ,C h i n aA c a d e m y o fE n g i n e e r i n g P h y s i c s ,M i a n y a n g,S i c h u a n ,6219003.C h i n aN a t i o n a lH e a v y M a c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t eC o .,L t d .,S t a t eK e y L a b o r a t o r y ofM e t a l E x t r u s i o na n dF o r g i n g E q u i p m e n tT e c h n o l o g y,X i a n ,710032A b s t r a c t :P r e s s e dP B X w a sw i d e l y u s e d i n m o d e r nh i g h Ge f f i c i e n c y d a m a g ew e a po nw a r h e a d sd u e t o t h e i r e x c e l l e n t d e t o n a t i o na n d m e c h a n i c s p r o p e r t i e s .T h e c o n t i n u o u s c h a n g e s i nt h e f u t u r e c o m b a t e n v i r o n m e n t a n ds t r a t e g i c r e q u i r e m e n t sw e r ed r i v i n g t h ed e v e l o p m e n to f p r e s s e dP B Xt o w a r d sh i gh q u a l i t y ,h i g hs a f e t y ,a n de f f i c i e n tm o l d i n g a n dm a n u f a c t u r i n g.T h u s ,t h e c u r r e n t r e s e a r c hs t a t u s a n d p r o b l e m s f a c i n g t h e p r e s s e dP B Xi n m o l d i n gq u a l i t y a n d p e r f o r m a n c ec o n t r o l ,c o m p r e s s i o n m o l d i n gs a f e t y ,a n da u t o m a t i c m a n u f a c t u r ew e r es u mm a r i z e dh e r e i n .F i r s t l y ,t h er e s e a r c h p r o gr e s s e s i nt h e c o n t r o l o f f o r m i n g q u a l i t y a n d p e r f o r m a n c e o f P B Xw a s e x p l o r e d ,i n c l u d i n gt h e e v o l u t i o n l a wa n d d e n Gs i t y i n h o m o g e n e i t y o f e x p l o s i v e p a r t i c l e d e n s i f i c a t i o n ,d a m a ge e v o l u t i o nm e c h a n i s ma n d i n t e rf a c e p e r Gf o r m a n c e c o n t r o l ,r e s i d u a l s t r e s s d e t e c t i o n a n d c o n t r o l .F u r t h e r m o r e ,t h e c o m p r e s s i o nm o l d i ng s a f e t yo f P B Xa n dt h ec u r r e n t r e s e a r c hs t a t u s i nd i g i t a l a n da u t o m a t i cm a n u f a c t u r ew e r ea n a l yz e da n dd i s Gc u s s e d .F i n a l l y ,b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec u r r e n tr e s e a r c h p r o g r e s s e s ,t h ef u t u r ed e v e l o pm e n t t r e n d s a n d c h a l l e n g e s i n t h e f i e l do f P B Xc o m p r e s s i o nm o l d i n g w e r e p r o s pe c t e d .K e y wo r d s :p o l y m e rb o n d e de x p l o s i v e s (P B X );c o m p r e s s i o n m o l d i n g ;m o l d i n gq u a l i t y ;s a f e t y ;d i gi t i z a t i o n 收稿日期:20230526基金项目:国家自然科学基金(52005459)0㊀引言高聚物黏结炸药(p o l y m e rb o n d e de x pl o Gs i v e s ,P B X )是由奥克托金(HM X )㊁黑索金(R D X )或者C L G20(C 6H 6N O )等高能炸药为主体,以高聚物为黏结剂,再与其他添加剂混合配制而成的一种高分子基复合材料.作为近代军用混合炸药的典型代表,P B X 炸药具有能量密度高㊁安定性能良好且易于加工成型的特点,被广泛应用于常规武器㊁核武器等各种战斗部装药以及火箭推进剂等领域[1G2].压制成型作为一种古老且重要的装药方法,可有效提高P B X 炸药的装药密度和爆轰威力,在P B X 炸药的成型制造领域具有不可替代的地位.近年来,国际战争局势的日益紧张㊁战场环境的复061杂恶劣以及新型武器弹药的迅速发展,对压装型P B X 炸药的成型质量及性能㊁压制安全性以及数字化自动化水平提出了更高的要求.然而,P B X 炸药压制成型作为典型的 黑箱 过程,面临着实验观测难度大㊁致密化过程中颗粒演变行为和密度演化规律复杂㊁多物理场多刺激源下材料敏感性强易产生初始损伤和残余应力㊁界面强度低㊁压制安全性有待提高㊁生产效率低等众多科学与技术难题,严重制约了高性能P B X 炸药未来的发展.鉴于上述分析,本文首先介绍了P B X 炸药压制成型工艺原理及分类;之后对P B X 炸药压制成型过程中的成型质量与性能调控㊁压制安全性以及数字化和自动化方面的研究现状进行了归纳㊁总结和分析;最后,对P B X 炸药压制成型领域未来发展的趋势和面临的挑战进行了展望.1㊀P B X 炸药压制成型原理及分类1.1㊀模压成型过程及分类模压成型即钢模压制成型,其压制过程(图1)通常是将预制好的造型粉(0.2~2mm 左右)倒入不锈钢模具中,在压机上通过冲头加压的方式将散粒体炸药压制成具有一定形状㊁尺寸和强度的高致密化药柱,之后经过保压㊁卸载㊁退模等流程获得所需成型药柱[1].作为目前应用最广泛的压装成型工艺,模压成型具有工艺简便㊁对设备要求低㊁生产效率高等优点.图1㊀模压成型过程示意图F i g .1㊀S c h e m a t i c o f c o m p r e s s i o nm o l d i n gpr o c e s s 随着模压成型工艺的不断发展,模压成型目前主要可分为单向模压㊁双向模压㊁冷压压制和热压压制几大类.相较于单向压制,双向压制采取上下冲头对药柱两端同时加压的方式,可缩短相对压制距离,提高药柱内部密度均匀性.相较于室温下的冷压压制,热压压制在装药前需要提前对模具和原材料进行预热处理,使压药时的环境温度处于高聚物黏结剂软化点以上,以保证成型过程中高聚物黏结剂充分软化,提高药柱的塑性和可压性.1.2㊀等静压成型原理及特点等静压成型的原理是根据流体力学中的帕斯卡定律,将待成型部件连同外部橡胶包套放入高压容器内,在一定温度和压力下,通过流体介质向橡胶软模和压坯施加各向均匀的压力,从而获得高致密化构件(图2[3]).图2㊀等静压成型示意图[3]F i g .2㊀I s o s t a t i cm o l d i n g d i a gr a m [3]相较于模压成型,等静压成型具有受力环境均匀㊁柔性化水平高的工艺优势,并可大幅提高炸药件的密度均匀性和力学性能[4],在大长径比㊁形状复杂炸药件的生产制造中具有一定的优势.但由于等静压成型工艺复杂㊁设备昂贵㊁生产效率低,在常规武器弹药的应用推广中受到一定的限制.2㊀P B X 炸药压制成型质量与性能调控2.1㊀P B X 炸药致密化演变规律与密度均匀性P B X 炸药的压制成型过程是松散炸药颗粒在热力载荷下发生剧烈结构演变而致密化的过程,实现成型过程的精确可控是制造高质量高可靠P B X 炸药未来发展的迫切需求,然而该过程却面临着成型观测难度大㊁致密化成型过程中颗粒演变行为多样㊁密度演化规律复杂㊁均匀性差等难题,这严重阻碍了P B X 炸药先进成型制造技术的发展.近年来,随着无损检测技术的快速发展以及数值模拟计算水平的不断提高,众多学者对致密化成型过程中颗粒演变行为㊁密度演化规律及其均匀性问题开展了相关研究.2.1.1㊀P B X 炸药颗粒致密化行为及演变规律P B X 炸药颗粒致密化演变是一个涉及宏观尺度造型颗粒变形以及细观尺度多相介质间复杂结构演化的多尺度力学行为.阐明压制过程中宏观造型颗粒的形态演变规律以及细观尺度下晶体㊁黏结剂的致密化行为是实现P B X 炸药成型质量调控的关键难题.目前对该过程的研究主要分为致密化结构的实验表征和致密化演变过程的模拟计算两类,表1汇总了目前在致密化结构表征和数值模拟方面的主要研究方法及其适用问题㊁优缺点对比.在宏观造型颗粒的形态演变方面,张伟斌等[5]利用高分辨率X 射线层析成像技术无损观161 高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等表1㊀致密化演变实验表征和数值模拟方法汇总T a b.1㊀S u m m a r i z e do f d e n s i f i c a t i o n e v o l u t i o n e x p e r i m e n t a l c h a r a c t e r i z a t i o na n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o n 研究方法适用问题优点缺点实验表征光学显微镜/扫描电镜(S E M)法局部微细结构表征可获得剖切面局部微/纳结构,观测精度高,需要破坏性逐层剖片,耗时长X射线微层析成像法(XGC T)三维完整微细结构信息获取无损检测,不需要破坏样品的完整性只能识别出实体相和孔隙中子小角散射法(S A N S)内部多相界面㊁孔洞分布特征的定量表征可检测微观尺度结构难以区分晶体黏结剂孔隙间的界面小角X射线散射法(S A X S )内部密度和孔隙率测试可测量颗粒内部密闭的微孔,适用样品范围宽用于三相体系的研究较困难数值模拟有限元法(F E M)连续介质力学行为研究计算速度快,理论和方法均较为成熟处理大变形问题时,网格易发生扭曲与畸变无网格法大变形计算避免了网格重新划分的难题缺乏完善的理论基础,计算效率低离散元法(D E M)非连续介质力学问题不受变形量限制,计算灵活计算规模受到限制测获得了单向温模压P B X炸药致密化过程中颗粒排列方式,发现造型颗粒在成型后其形态沿压制方向呈扁长形㊁沿径向呈多边形分布.戴斌等[6G7]将圆片状可变形材料植入造型颗粒层中,同时与锥束微焦点C T(c o m p u t e dt o m o g r a p h y)技术相结合,建立了造型颗粒压制致密化成型过程结构演变动态检测技术,揭示了致密化成型过程中内部颗粒形态演变规律,见图3[5G7].(a)XGμC T扫描示意图(b)植入变形橡胶片和造型颗粒的形态变化图3㊀XGμC T观测下P B X炸药致密化成型过程中颗粒形态演变过程[5G7]F i g.3㊀E v o lu t i o no f p a r t i c l em o r p h o l o g y d u r i n g t h e d e n s i f i c a t i o n p r o c e s s o fP B Xu n d e rXGμC To b s e r v a t i o n[5G7]为获得细观尺度多相介质的复杂致密化行为及演变规律,白亮飞等[8]采用中子小角散射(S A N S)技术分析了P B X炸药内部中子小角散射信号随成型压力的演变规律(见图4),并利用P o r o d定理获得了不同压力下细观尺度多相介质间界面面积的变化规律,发现成型压力较大时,除(a)压力p=64M P a(b)压力p=178M P a(c)压力p=382M P a图4㊀不同压力下成型P B X基样品的典型S A N S二维图像[8]F i g.4㊀T y p i c a l S A N S t w oGd i m e n s i o n a l i m a g e s o fP B X b a s e d s a m p l e s f o r m e du n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e s[8]261中国机械工程第35卷第1期2024年1月了颗粒被压实外,颗粒内部有大量的黏结剂流动至炸药晶体表面.该项工作从实验角度验证了P B X炸药在细观尺度的微结构演变行为,并对多相介质间不同界面进行了分类定量表征,为阐明细观尺度微结构演变规律及其内在物理机制建立了实验基础.近年来,学者们为深入揭示P B X炸药致密化过程中细观结构演变行为及致密化机制,开始对颗粒致密化演变行为进行细观尺度模拟.其中,唐红等[9]采用物质点法研究了P B X炸药颗粒在致密化演变过程中的细观力学行为,发现在压制前期,炸药颗粒在压力作用下发生重排,压块内部出现明显应力梯度;当进入压制后期,炸药颗粒主要产生塑性变形,压块内部应力梯度随之逐渐减小.HU等[10]采用X C T(XGr a y c o m p u t e d t o m oGg r a p h y)原位扫描试验获得了造型粉颗粒三维形貌信息,通过压缩试验获得了单颗粒压缩特性,之后基于离散元(D E M)方法,建立了具有真实三维结构特征的聚合物晶体复合颗粒的D E M模型(见图5),揭示了压缩成型致密化过程中颗粒内部结构演变及致密化机理.G U O等[11]通过实验和离散元(D E M)法模拟,研究了晶体尺寸对奥克托今(HM X)基P B X炸药模压致密化和细观力学行为的影响,发现在相同压力下,晶体尺寸越大,相对破碎率越大,进而导致密度增大,机械强度降低.综上所述,学者们通过实验设计㊁无损检测以及模拟计算等手段初步探明了P B X炸药在压制过程中的颗粒致密化行为及规律,并建立了相应图5㊀聚合物/晶体复合颗粒离散元模型[10]F i g.5㊀D i s c r e t e e l e m e n tm o d e l o f p o l y m e r/c r y s t a lc o m p o s i t e p a r t i c l e s[10]的理论体系和数值模型.然而,针对P B X炸药在动态压缩下造型颗粒内部细观尺度的原位表征技术相对缺乏,这使得目前对颗粒致密化演变行为的研究主要停留在宏观尺度造型颗粒的结构演变方面,而针对颗粒内部细观尺度上譬如晶体㊁黏结剂等微结构的致密化演变研究仍相对较少,特别是不同尺度间致密化行为的关联机制尚不清晰,这些将是接下来亟需研究的重点.2.1.2㊀P B X炸药密度分布规律及均匀性随着未来武器战斗部对P B X炸药爆轰波的精确输出形式以及环境适应性要求的不断提高,人们对P B X炸药件密度分布及均匀性要求变得更加严苛,对致密化程度高且均匀性良好P B X炸药的制造需求也越来越大.密度是反映颗粒材料在致密化成型后材料内部质量的关键指标,对密度分布规律的精确检测和调控成为提升炸药件综合性能的重要手段.对此,学者们开展了大量的研究工作,表2汇总了目前主要的密度检测方法和调控策略.表2㊀密度检测方法和调控策略T a b.2㊀D e n s i t y d e t e c t i o nm e t h o d s a n d c o n t r o l s t r a t e g i e s 研究方法适用问题特点/原理密度检测方法排水法构件整体密度检测成本低㊁效率高㊁操作简便,局部密度测量困难γ射线透射法无损检测局部密度精确检测高自动化,不需要破坏样品完整性,但对设备要求高双标准C T同步对称截面扫描复杂构型截面密度检测解决截面形状㊁面积变化产生的C T值测试差异问题,但测试流程不够简便密度调控策略延长保压时间提高温度复压等静压成型超声能场辅助成型提高药柱密度改善均匀性降低回弹变形降低颗粒机械强度,提高塑性增加二次重排和破碎程度增大受力均匀性,工艺柔性高促进颗粒重排能力㊀㊀为提高P B X炸药件密度分布的检测精度,并获得密度演化规律,田勇等[12]研制了炸药柱径向密度分布γ射线透射法无损检测装置.与排水法测密度相比,该装置具有高精确性和高自动化的特点,该装置为精确无损检测炸药柱局部密度分布提供了一种有效途径.杨雪海等[13]建立了双标准C T同步对称截面扫描模型(见图6,图中1号㊁2号为标准密度件,0号为待测密度件,ρ1㊁ρ2㊁ρ0分别为三者的体密度,C T0i㊁C T1i㊁C T2i分别为对应截面C T值,ρa i r为空气密度,C T a i r为空气C T 值),将其与实验相结合,分别揭示了标准P B X密度件与复杂构型密度件内部截面C T灰度值的分布规律,该项技术提高了P B X截面密度测试的准确性.刘鹏华等[14]采用小角X射线散射技术(S A X S)和排水法研究了不同温度下P B X构件内部的密度演变规律,发现在某个压制温度下P B X361高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望 孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等构件内部密度值会发生突变.张远舸等[15G16]采用传统的压制方程,探明了在冷压和热压条件下不同加载阶段P B X 炸药内部密度演化规律,并基于经典机器学习算法支持向量机(S VM )的回归算法,将时间因素引入到不同加载阶段的映射关系中,得到了从压力㊁温度和时间到密度的更高维度映射.图6㊀C T 同步扫描测试模型示意图[13]F i g .6㊀S c h e m a t i c o fC Ts y n c h r o n o u s s c a n n i n gt e s tm o d e l [13]炸药件的密度均匀性决定了构件质量的均匀程度及其爆轰性能,然而,炸药件密度均匀性受成型工艺影响较大,这是由于模压成型过程中炸药颗粒与模具壁以及炸药颗粒间不可避免地存在着流动摩擦,这导致沿压制方向将产生不同程度的压力损耗,从而造成药柱内部产生密度不均匀现象,严重影响炸药件的力学性能.而等静压成型具有更加均匀的受力环境,在P B X 炸药密度均匀性以及力学性能提升方面具有巨大优势.从20世纪末开始,学者们综合对比了等静压成型相较于模压成型在提高密度均匀性方面的工艺优势,并揭示了成型参数对密度均匀性的影响规律.其中,张锋等[17]采用等静压成型开展了P B X G01炸药压制性能研究,发现与传统模压成型件相比,等静压P B X G01炸药件成型过程受力均匀,C T 图像显示不同部位内部质量均匀(见图7).张德三等[18]研究了等静压成型过程中温度㊁保压时间㊁压制次数等压制参数对成型密度的影响规律,并将其过渡到大型部件的成型,取得了良好的结果.梁华琼等[3,19]在此基础上进一步研究了不同压力和初始相对装药密度下橡胶等静压成型性能的演变规律,发现在160M P a 的成型压力㊁62%的初始相对装药密度下,成型构件的轴向密度差可以降低至0.4%左右,通过延长保压时间可有效提高炸药件压实密度.A Z H D A R 等[20]研究了粉末聚合物高速压实(H V C )工艺,通过增加压实量和压实方向,研究了在有松弛辅助和无松弛辅助情况下,压实材料的压实特性和表面形貌,以及如何通过松弛辅助来提高压实粉末床上下表面的均匀致密性和上表面的均匀性.㊀㊀㊀(a )中部㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)上部图7㊀等静压P B X 炸药不同部位C T 图像[17]F i g .7㊀C T i m a ge s of d i f f e r e n t p a r t s o f i s o s t a t i c pr e s s u r eP B X [17]近年来,随着超声能场在成型制造领域的兴起,有学者开始将其应用于P B X 炸药压制成型过程中,以明确超声能场下的颗粒演变行为及其在调控压坯均匀性方面的作用.L Y U 等[21]设计了超声辅助P B X 压实技术及设备,发现超声振动可使P B X 压实件的密度增大,直径膨胀和密度差减小,并通过分析微观结构演变行为揭示了密度分布机理(见图8),发现在超声振动作用下,颗粒重排形成 致密 结构,颗粒尺寸变小,从而导致颗粒密度增大.刘春泽等[22]设计了P B X 代用粉体超声成型装置,探明了超声波振动对P B X 炸药成型的作用效果,发现超声波辅助下压坯密度相对提高了1.79%,C T 成像结果显示压坯均匀性有一定的提高.图8㊀超声辅助P B X 颗粒致密化演变行为及压实机制示意图[21]F i g.8㊀S c h e m a t i c o f t h e d e n s i f i c a t i o n e v o l u t i o nb e h a v i o r a n d c o m pa c t i o nm e c h a n i s mo fP B X p a r t i c l e s a s s i s t e db y ul t r a s o u n d [21]综上所述,等静压成型在提高密度均匀性方面具有巨大的工艺优势,然而,由于等静压成型存在工艺复杂㊁设备昂贵㊁生产周期长等缺点,目前在常规武器弹药的成型制造中尚未得到大范围推广,接下来亟需解决等静压成型的效率问题,从而扩大其制造产能和应用领域.此外,学者们探索461 中国机械工程第35卷第1期2024年1月了超声能场在提高模压件密度均匀性方面的内在潜力,这对未来进一步发展多能场辅助P B X炸药成型制造技术具有重要意义.然而,目前超声能场辅助技术主要用于模压成型,在等静压成型中的应用研究尚有待建立,在后续研究中,或可考虑将超声能场应用于等静压成型,以探索超声能场在成型效率提高方面的效用.2.2㊀P B X炸药损伤演化与界面性能调控P B X炸药作为一种脆性含能晶体高度填充(约90%)的高分子基复合材料,其内部多相介质间物理属性存在显著差异,且对压力㊁温度等成型参数敏感,特别是脆性含能晶体在压制成型过程中热力载荷作用下易发生剧烈破碎,在晶体内部㊁晶体与黏结剂界面处可能产生微裂纹㊁微空洞等初始细观损伤,这将导致炸药件力学性能降低和起爆热点增加,严重威胁其服役性能和安全性能,因此,揭示压制过程中细观损伤的演化规律与机制,探明界面黏结特性并实现界面性能调控具有重要意义.2.2.1㊀P B X炸药损伤演化规律及内在机制材料宏观尺度上的断裂破坏往往是细观尺度上的损伤缺陷在外部载荷作用下逐渐演化的结果.P B X炸药内部不同尺度下损伤行为的发生将直接对武器弹药的安全性及可靠性产生不同程度的影响.目前,国内外学者针对P B X炸药在不同尺度下的损伤演化规律及内在机制进行了大量研究工作.在宏观断裂方面,目前学者主要借助实验设计和图像分析的方法表征宏观损伤行为及分布情况.其中,C H A T T I等[23]介绍了一种P B X模拟材料宏观损伤行为的原始实验研究,通过拉伸㊁压缩㊁交替拉伸/压缩㊁受限压缩㊁通道模具和动态力学分析(d y n a m i c m e c h a n i c a l a n a l y s i s,D MA),研究了不同加载状态下损伤诱导的各向异性和材料行为中的有效性.为揭示P B X炸药在加载状态下表面宏观裂纹的动态演化行为,许盼盼等[24]采用计算机断层扫描(C T)技术探究了单轴压缩下P B X模拟材料损伤演化行为,并将试件表面灰度分析与数字图像相关(D I C)方法相结合,捕捉了加载过程中P B X模拟材料表面裂纹扩展过程(见图9).此外,L I等[25]采用瑞利面波层析成像方法对聚合物黏结炸药的表面裂纹进行了定量评价,并利用有裂纹和无裂纹试样中瑞利面波传播的实测信号进行层析成像,重建了缺陷图像,发现采用最优传感器阵列和形状因子计算方法生成的图像与实际缺陷形状吻合较好.该方法进一步为P B X表面缺陷的检测㊁定位和成像提供了新的途径.为精确捕捉材料内部的损伤分布,WA N G 等[26]将声发射(A E)和数字图像相关(D I C)方法相结合(见图10),对单轴压缩下P B X炸药的损伤演化进行了测量,通过声发射(A E)测量全局损伤演化,采用D I C观察局部(空间)损伤分布,研究发现,主导定位带(d o m i n a n t l o c a l i z a t i o nb a n d, D L B)在试样的损伤和断裂中起着关键作用.㊀㊀㊀㊀(a)F=0㊀㊀㊀㊀(b)F=2156N㊀㊀㊀(c)F=2725N㊀㊀㊀(d)F=2956N㊀㊀㊀(e)F=3360N㊀㊀㊀(f)F=3518N㊀㊀㊀(g)F=3632N㊀㊀㊀(h)F=3739N图9㊀不同载荷条件下P B X试件表面裂纹发展过程[24]F i g.9㊀S u r f a c e c r a c kd e v e l o p m e n t p r o c e s s o fP B Xs p e c i m e n s u n d e r d i f f e r e n t l o a d c o n d i t i o n s[24]上述研究主要为宏观断裂行为的表征分析,而目前对宏观断裂机制研究的相关报道较为缺乏,这是由于宏观断裂的发生往往是由细观尺度损伤不断累积和演化造成的,因此,对细观损伤的演化及机制研究是国内外学者一直以来关注的重点.在细观损伤方面,从20世纪90年代开始,学者们为获得P B X炸药在细观尺度上的损伤演化规律及内在机制,分别从实验研究和模拟计算两561高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望 孙海涛㊀詹㊀梅㊀樊晓光等图10㊀耦合A E和D I C的实验原理示意图[26]F i g.10㊀S c h e m a t i c o f e x p e r i m e n t a l p r i n c i p l e f o rc o u p l i n g A Ea n dD I C[26]方面开展了大量相关研究.实验研究方面,国外早期的研究思路是将压制实验与电镜观测相结合,通过对细观结构的表征分析来反映材料内部细观损伤演化规律.其中,S K I D MO R E等[27]对样品剖切后,在扫描电镜下观察压制过程不同阶段的P B X炸药细观结构,发现炸药晶体在压制过程中主要发生晶体的破碎和孪晶变形.P E T E R S O N等[28]利用晶体粒度来表征P B X构件的细观结构特征,通过对比不同压制条件下P B X炸药晶体粒度,揭示了压制成型条件对细观结构的影响规律,发现压制压力越大,晶体粒度越小,这从侧面验证了材料内部晶体破碎现象及其随压力变化的演化规律.B U R N S I D E 等[29]对比了松装状态和压制后的炸药晶体形态和粒度,揭示了压制过程晶体的破碎和重排过程,并利用前后晶体颗粒的比表面积来表征炸药晶体的破碎程度.在此基础上,国内学者进一步分析了压制条件和材料参数对细观损伤的影响规律.梁华琼等[30G32]研究了不同压制条件下P B X晶体的损伤演化规律,发现颗粒破碎及孪晶形成与成型压力成正相关.张伟斌等[33]借助X射线微层析成像(XGC T)技术研究了不同温压成形工艺对P B X炸药内部三维初始细观损伤分布的影响(见图11),并统计对比了三种成型工艺下初始细观损伤种类和尺寸,结果表明,单向㊁双向模压法成型的P B X 炸药内部存在着百微米至毫米尺度的初始细小裂纹和一些残余孔隙,而软模温等静压法能避免这些初始细观损伤的产生,其研究结果为不同温压成形P B X炸药热力承载下断裂行为及机制研究提供了基础.闫冠云等[34]利用X射线小角散射(S A X S)技术研究了热损伤奥克托金(HM X)基P B X炸药内部微空洞演变规律,对比分析了压力㊁温度及P B X晶体尺寸对热力加载下P B X炸药内部微空洞形成及长大的影响规律,结果表明,富含大晶体尺寸的P B X样品内部微空洞含量达到峰值的速度更快.刘佳辉等[35G36]对比了粒度分布对含能晶体损伤程度的影响,发现随着P B X晶体粒径的增大,其包覆效果和力学强度降低,在晶体尖端和棱角处更易发生破碎从而形成裂纹,而采用两种粒度的P B X级配,可减小压制过程中晶体的损伤程度.(a)单向模压下P B X 初始微裂纹(b)双向模压下P B X 残余孔隙(c)温等静压下P B X三维结构图11㊀不同成型工艺下P B X内部三维结构及初始细观损伤分布[33]F i g.11㊀I n t e r n a l t h r e eGd i m e n s i o n a l s t r u c t u r e a n d i n i t i a l m e s o s c o p i c d a m a g e d i s t r i b u t i o no fP B Xu n d e r d i f f e r e n tf o r m i n gp r o c e s s e s[33]将压制实验设计与结构表征分析相结合,可有效捕捉材料表面和内部损伤行为的复杂演化过程.然而P B X炸药损伤行为的发生往往受到多661 中国机械工程第35卷第1期2024年1月。

HIFU技术中的超声空化及空化增强效应研究进展精

HIFU技术中的超声空化及空化增强效应研究进展精

Progress of ultras onic cavitati on and cavitatio n -in duced enhan ceme nt effectin high inten sity focused ultraso undREN X i ao -l o ng , ZH O U X i ao -do ng *(D ep ar tme nt o f Ultr aso und , X ij ing H osp ital , the Four th M ilitar y M edical Univ er sity , X i ' an 710032, China [Abstract] U ltr asonic cav itation is o ne of pr edo minant mecha ni sms in high inten sit y focused ultr aso und (H IFU tr eatme nt. Eff icie nt ly -in duced ultr asonic cav itati on can be used to in crease the co agulat ed vo lume and enhance the ther apeutic efficie ncyof H IFU. Rece nt studies hav e show n that micro bubble co ntr ast ag ents ar e impo rtant facto rs in enhancing the therapeut ic ef -ficiency o f H IFU. T hey have po tent ial to act as cav itation nuclei and ar e likely to low er t he tissue damag e thr eshold and cause a g reater coag ulated vo lume. A long with the development of H IFU efficiency enhancement studies, HIF U will be mo re effec -t ive and pow erful in clinical tumo r tr eat ment.[Key words] H ig h inten sity focused ultraso und; Con trast media, microbubbles; Cav itation; I mag e enhancementHIFU技术中的超声空化及空化增强效应研究进展任小龙综述,周晓东*审校(第四军医大学西京医院超声科,陕西西安710032[摘要]超声空化效应是高强度聚焦超声(HI FU治疗中的重要效应之一,有效诱导并且利用超声空化效应可以增加HIF U辐照后的组织凝固范围和提高HIF U疗效。

高聚物粘结炸药损伤非线性超声响应研究

高聚物粘结炸药损伤非线性超声响应研究

高聚物粘结炸药损伤非线性超声响应研究高聚物粘结炸药(PBX)是由单质炸药晶体高度填充于高分子材料粘结剂中的非均质复合材料,在制造成型过程中不可避免产生各种形式的初始微损伤。

PBX 在装配、运输、贮存过程中的热、力作用下,初始微损伤不断汇聚、扩展甚至产生裂纹而诱发炸药件力学性能退化、承载能力下降,进而影响武器的可靠性和安全性,因此有必要探索研究PBX材料内部损伤及其演变的无损评价方法。

基于线性波动理论的常规超声探伤技术适宜于检测PBX内部裂纹、疏松等宏观缺陷,但对PBX内部微损伤、闭合裂纹及其扩展的表征收效甚微。

本论文创新性地提出采用非线性超声方法研究PBX材料的微损伤及其扩展,以非线性超声作为PBX损伤表征的新技术。

本论文的主要工作和成果如下:总结提出PBX材料微损伤的非线性超声响应模型,求解了超声波在PBX微裂纹处引发的非线性振动位移,从物理模型上解释非线性超声可以检测PBX微损伤而线性超声不能检测的原因;总结提出基于PBX 材料相对非线性系数的谐波非线性超声方法,利用PBX二阶谐波幅值A2和基波幅值平方A12比值变化,即相对非线性系数的变化(β2*~A2/A12),获得PBX材料损伤状态和结构改变的信息。

发展了一套适用于PBX材料非线性超声测试的实验装置,确立了 PBX非线性超声测试和信号处理的关键技术,建立了 PBX损伤的非线性超声检测实验方法和分析方法。

通过实验研究定性获得了 TATB基PBX初始损伤程度与非线性超声系数和波形畸变的关系,表明非线性超声系数可以在非破坏性前提下定性判别TATB基PBX材料的初始损伤,从实验上验证了非线性超声检测PBX材料损伤的可行性。

通过实验研究获得了 TATB基PBX材料在疲劳、蠕变作用过程中的非线性超声响应行为,初步得到了 PBX材料非线性超声系数随损伤发展而显著变化的实验结果;表明与增益、声速、弹性模量等参量相比,非线性超声参量对PBX材料的疲劳损伤、蠕变损伤及损伤演变的响应更为敏感,非线性超声参量可以有效监测PBX材料在疲劳、蠕变作用下损伤的发展过程。

超声空化对刚性壁面的作用研究的开题报告

超声空化对刚性壁面的作用研究的开题报告

超声空化对刚性壁面的作用研究的开题报告1. 研究背景和意义随着医学技术的不断发展,超声空化技术的应用越来越广泛。

超声空化技术利用超声波能量作用于液体中形成气体孔隙,形成的气体孔隙随后迅速坍塌形成强大的破碎力,从而实现破碎、清理、抽吸等功能。

该技术已经成功应用于肝、肾、前列腺、脾、骨骼等多种组织的手术治疗中,但对于刚性壁面的作用研究却较少。

因此,对超声空化技术对刚性壁面的作用进行研究,有助于深入了解该技术的机理和适用范围,为进一步优化该技术的应用提供理论基础。

2. 研究内容和思路本研究将重点研究超声空化技术对刚性壁面的作用规律和机理。

具体内容如下:(1)实验设备的设计和制作:设计制作符合研究要求的超声空化设备,包括发射器、接收器、水槽等部分;(2)刚性壁面模型的制作:采用3D打印技术制作符合研究要求的刚性壁面模型;(3)超声空化效应的实验研究:在超声空化设备的作用下,对刚性壁面进行超声空化效应的实验研究,测量不同参数下的超声空化效应和刚性壁面的破坏情况;(4)实验数据处理和分析:对实验数据进行统计、分析和绘图,得出超声空化技术对刚性壁面的作用规律和机理。

3. 研究预期结果本研究将获得超声空化技术对刚性壁面的作用规律和机理,深入探讨超声空化技术在实际医疗中的应用前景。

同时,本研究将设计制作出适合于实际医疗应用的超声空化设备,为超声空化技术在实际医疗中的应用提供技术支撑。

4. 研究实施计划本研究计划在6个月内完成,具体实施计划如下:(1)第1个月:研究文献查阅和实验方案设计,设备购置和制作;(2)第2-4个月:试验数据采集和实验数据处理分析;(3)第5个月:结果展示和研究论文撰写;(4)第6个月:论文修改和开题答辩准备。

5. 研究经费预算本研究预计经费总计50000元,主要包括设备购置和制作费用、材料费、实验室使用费以及科研人员工资等方面的支出。

6. 研究成果和创新点本研究将设计制作出符合医疗应用要求的超声空化设备,并深入探讨超声空化技术在刚性壁面上的作用规律和机理,进一步完善和优化超声空化技术的应用。

超声空化的消极作用及应用

超声空化的消极作用及应用

超声空化的消极作用及应用
由于声空化现象产生气泡的非线性振动以及它们破灭时产生爆破压力,所以伴随空化现象能产生许多物理和化学效应。

这些效应有消极方面的作用,但也有在工程技术中得到应用的方面。

如舰船用的高速旋转的螺旋桨桨叶的表面,常受到空化产生的压力打击作用,"腐蚀"成一些斑痕。

空化严重时,大量气泡的出现会影响螺旋桨的推力。

在民用工业中,空化"腐蚀"会损坏管道和器件。

然而,利用空化产生的激波打击作用,或气泡闭合的局部高温可以在工业中得到有益的利用。

如超声清洗,就是利用声波复杂构造异形的孔道,借助超声空化能对放在洗涤剂中的机件微型机件清洗;也可在锅炉中进行超声除垢和防水垢沉积;还可利用空化对药剂生产过程进行乳化,在工业上制备油一水之类混合溶液的乳剂;进行超声焊接(破坏金属表面氧化层,促金属焊接);利用超声空化促进某些化学反应过程;打破植物细壁,促进化学成分向溶剂中溶解,提高化学成分提出率等应用。

高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究

高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究

高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究以高聚物粘结炸药(PBX)为主的高能复合材料的出现,赋予含能材料(如混合炸药、发射药、推进剂和传爆药等)以更多优良的综合性能,如较高的能量密度、优良的机械性能和较高的安全性能等,在现代国防和国民经济各相关领域获得极为广泛的应用。

探讨高能复合材料的结构与性能,为其配方设计提供信息、规律和指导,具有理论和实际双重意义。

本文以分子动力学(MD)为主结合量子化学等理论方法,对以PBX为主的多类型高能复合材料,进行了较为系统的模拟和计算,获得了一些有价值的结果。

首先,对以TATB为基的聚三氟氯乙烯(PCTFE)粘结炸药(TATB/PCTFE PBX)通过“吸附包覆”型MD模拟,发现添加高聚物于主体炸药中,使其弹性系数和模量减小,表明刚性减小,弹性增大,机械力学性能大为改善;TATB与PCTFE的相互作用较强,多为氢键和范德华作用。

还发现在一定范围内,随高聚物PCTFE在PBX中浓度的增加,体系结合能逐渐增大,刚性逐渐减弱,弹性逐渐增强;而随温度升高,PBX刚性减弱、弹性增强,结合能则逐渐减弱。

对4种不同氟聚物(PVDF,F<sub>2311</sub>,F<sub>2314</sub>和PCTFE)粘结TATB形成的PBX,MD模拟和爆轰性能计算表明,4种氟聚物均能增强体系的弹性,改善其力学性能,但同时又均降低体系的爆热和爆速。

求得爆热的大小顺序为TATB/PVDF>TATB/F<sub>2311</sub>>TATB /F<sub>2314</sub>>TATB/PCTFE,爆速的大小顺序则相反。

这些规律的发现,为优选粘结剂提供了依据和指导。

其次,将“吸附包覆”型MD模拟应用于四组分体系,模拟研究了两个HMX基PBX实际配方JOB-9003(即HMX/TATB/F<sub>2311</sub>/石蜡)和JO-9159(即HMX/NC/F<sub>2311</sub>/石蜡),求得它们的结构、结合能、力学性能、计算了爆热和爆速,探讨了感度性质和各添加组分的作用。

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面 细 观 形 貌 的 变 化 情 况 , x 射 线 能 谱 仪 ( 号 为 用 型
N R N S S E I 测 试其 表 面元 素 的变化 情 况 , O A Y T M SX) 结
果见 图 I 。
2 超 声 空 化 的 基本 原 理
空化是液体 中特有的超声物理 现象 , 其理论 和 实验 研究 已证实 , 超声 空化是液体 中由于涡 流或超声 的物 理 作用 , 在液体 内的某 一 区域形 成局 部 的 暂时 的负 压 区,
常的高温 、 高压 以及 强 冲击 波 和射 流 等极 端 的 物 理 条
件¨ 。近 2 0多 年来 , 声 空 化 机理 不 仅 应 用 于超 声 超
清洗 、 超声加 工 、 声 焊 接 、 超 超声 检 测 、 声 诊 断 、 声 超 超 乳化、 超声粉 碎诸 多方 面 , 且 在 生 物学 、 料 学 和化 而 材
文章 编 号 :0 69 4 (0 6 0 -0 5 3 10 —9 1 2 0 ) 103 - 0
超声 空化处理对 高聚物粘 结炸药表面结构 的影 响研 究
李 敬明, 勇, 国, 兴 田 邓志 韦 文
( 中国工程物理研 究院化工材 料研 究所 ,四川 绵 阳 6 10 ) 2 9 0 摘要: 对以 T T A B为基的高聚物粘结炸药 (B1 进行 了超声空化处理 , J・) 并利用 扫描电镜 (E 观察 了处理前 后 S M) J - 炸药表面的细观形貌 , X射 线能谱仪 ( 1 ) B1 用 E) 检测 了处理前后 J 一 炸药表面的相对元素含量 。结果 表明 : S B1 超 声空化处理可 以使 J - 炸药表面的粘结剂和炸药晶体 的界面脱粘 , 炸药晶体裸 露。随着 超声空化处理 时间的延 B1 使 长, 炸药晶体 裸露程度加大 , 炸药 晶体表面的小孔洞增加 , 面也 变得 更加粗糙 和疏 松 , 表 起爆感度提 高。 关键词: 物理化学 ; 超声空化处理 ; 炸药 ;扫描电镜 ; X射线能谱
品 的表面 粗糙 程度 进 一 步加 大 , 面 的 炸 药 晶 体 清 晰 表 可见 , 晶体 之间 的排列 仍 然较 为 紧密 , 面无 大 的孔 但 表
洞 ; 超 声 空 化 处 理 1 i后 , 现 部 分 炸 药 晶体 已 经 0rn 发 a
经完 全裸 露 , 面 出现 了许 多小 孔洞 。 表
处理 时 间对其 表面 结构 的影 响 。
对超 声 空化 处 理 前 后 的 J , 药 试 样 进 行 了表 B 1炸 面镀 金处 理 , 用 K K 2 0 并 Y Y一8 0型扫 描 电镜 观 察 了其 表
谱 仪 ( D ) 究 了处 理 前后 其 表面 结 构 的变 化 , 炸 E S研 为 药 起爆面 的敏化 提供 了技术 支 撑 。
维普资讯
第 l 4卷
第1 期
含 能 材 料
CHI S OURNA F E RGE I NE E J L O NE T C MAT ERI S AL
Vo . 4 ,No I 11 .
20 0 6年 2月
Fe r a y,20 6 bu r 0
有 较高 的安全 性 。但 也 因此 其 起爆 能量 阈值 提 高 , 起
爆 可靠性 下 降 , 起爆 也 变得 越来 越 困难 。为使 J — B l炸
药 的起爆 面敏 化 , 须增加 起爆 点 的感 度 , 证 炸药 的 必 保
整 体安全 性 , 提高 炸 药 的发 火 可 靠性 和 起 爆 可 靠性 且 裕 度 。本 实验 采用 超 声 空 化 处 理 技术 对 J 一 药 的 B 1炸 起爆 面进 行 了处 理 , 用扫 描 电镜 ( E 和 x射 线 能 并 S M)
ห้องสมุดไป่ตู้
表面 整体 形貌 的变 化情 况 ( 大 倍 数 为 5 放 0倍 ) 。
从图 I 见。 可 未处 理 J . 药样 品 的 表 面 十 分 平 滑 , B 1炸 看不 出有 炸 药晶体 的痕 迹 ; 经超 声空 化处 理 Imi , n后 J— B I炸药样 品的表 面 明显 变 得 粗糙 , 以 发 现 许 多较 可 租 的炸药 晶体 ; 超声 空 化 处 理6mi后 ,B I炸 药样 经 n j-
3 实 验
超声 空化 处理 在 J 一8 L1 0型超 声 波 清 洗 器 中进 行 , 超声 功率 为 1 0W , 作频 率 为 3 H 8 工 5k z振荡 液 体 为 纯 净水 。实 验 时只让 J 一 药 的起 爆 面浸 泡在 水 中 , B 1炸 超 声 空化处 理 的时 间分别 为 1 6 1 n 然后 观 察 不 同 , ,0 mi,
4 结 果 与 讨 论
4 1 表 面形 貌的 变化情 况 . 图 1反映 了 J . 药 试 件 在 超 声 空 化 处 理 前 后 B 1炸
在液体 中产 生空穴或气泡 , 这些充 有蒸汽 或空气 的气 泡
处于非稳定 状态 , 当它们突然 闭合 时 , 会产 生激波 , 因而 在局部微小 区域 产生很大 的压力 , 而把 聚集起来 的声 场 能量在液体 中极 小的空间 内迅速 释放 出来 , 形成 异乎 寻
学 上也 得到 了广泛 应 用 , 俊等 人 已将超 声 处 理 方 王
收 稿 日期 : 0 50 -2; 回 日期 : 0 50 -2 2 0 -32 修 20 -6 0 基 金 项 目 :中 国工 程 物 理 研 究 院基 金 资助 (0 3 15 20 0 0 ) 作 者 筒 介 : 敬 明 ( 9 2一) 男 , 研 , 要 从 事 炸 药 及 高 分 子 材 料 环 李 17 , 副 主
中图分类号 : J5 0 2 . T5 ; 4 6 9 文献标识码 : A
1 引 言
J— B I炸药是 一种 主要 以 T T A B为基 的高 聚物 粘 结 炸 药 。由于它 的 组 分 中含 有 T T A B钝感 炸 药 , 而 具 因
法应用到了颗粒增强复合材料的制备方面。
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