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DNAN基含铝炸药低应变率下J-C本构关系

康松逸 许杰 卢熹 王树山 贾曦雨

康松逸, 许杰, 卢熹, 等. DNAN基含铝炸药低应变率下J-C本构关系[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130
引用本文: 康松逸, 许杰, 卢熹, 等. DNAN基含铝炸药低应变率下J-C本构关系[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130
KANG Song-yi, XU Jie, LU Xi, WANG Shu-shan, JIA Xi-yu. J-C Constitutive Relation at Low Strain Rates for DNAN-based Aluminium Explosives[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130
Citation: KANG Song-yi, XU Jie, LU Xi, WANG Shu-shan, JIA Xi-yu. J-C Constitutive Relation at Low Strain Rates for DNAN-based Aluminium Explosives[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130

DNAN基含铝炸药低应变率下J-C本构关系

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0130
详细信息
    作者简介:

    康松逸(1997-), 男, 博士在读, 研究方向为冲击动力学

    通讯作者:

    贾曦雨(1988-), 男, 副研究员, 研究方向为水中兵器, E-mail: 6120230120@bit.edu.cn.

J-C Constitutive Relation at Low Strain Rates for DNAN-based Aluminium Explosives

  • 摘要: 炸药装药的跌落响应问题是典型的低速撞击点火问题, 表现出应变率低、脉宽长、脉冲小等特点, 与高速冲击点火显著不同。为研究典型水中兵器战斗部装药跌落条件下的动态力学特征, 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对DNAN基含铝炸药进行动态压缩试验, 通过入射波整形技术实现了常应变率加载, 得到了常温常压条件下80、180、280、360和440 s−1等5种低应变率下DNAN基含铝炸药的应力应变曲线, 采用Johnson-Cook(J-C)本构模型对试验数据进行了参数拟合, 并结合数值仿真加以验证。结果表明: DNAN基含铝炸药的弹性模量、屈服强度、屈服应变、失效应力及失效应变均随应变率的提高而增大。利用拟合得到的J-C本构参数, 可以在数值仿真中很好地还原DNAN基含铝炸药在低应变率下的动态力学行为, 从而为相关跌落安全性数值仿真计算提供数据支撑。

     

  • 图  1  $ \varPhi 10\;\mathrm{m}\mathrm{m}\times 5\;\mathrm{m}\mathrm{m} $ DNAN基含铝炸药

    Figure  1.  $ \mathit{\varPhi }10\;\mathrm{m}\mathrm{m}\times 5\;\mathrm{m}\mathrm{m} $ DNAN-based underwater explosives

    图  2  SHPB结构示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the SHPB structure

    图  3  典型试样的SHPB原始波形图

    Figure  3.  Raw SHPB waveforms of a typical specimen

    图  4  典型试样的SHPB波形分离图

    Figure  4.  SHPB waveform separation diagram of a typical specimen

    图  5  典型试样前后形貌对比

    Figure  5.  Comparison of the shape of a typical specimen before and after

    图  6  不同应变率下试样的应力应变曲线

    Figure  6.  Stress-strain curves for specimens at different strain rates

    图  7  不同应变率下J-C本构模型与试验结果对比

    Figure  7.  Comparison of JC intrinsic model and experimental results for three strain rates

    图  8  SHPB仿真计算模型

    Figure  8.  SHPB Simulation Computational Model

    图  9  不同应变率下不同尺寸网格仿真结果对比曲线

    Figure  9.  Comparison of simulation results with different mesh sizes at different strain rates

    表  1  试验前后试样尺寸对比

    Table  1.   Comparison of specimen dimensions before and after testing

    应变率/s−1 试验前 试验后
    直径/mm 长度/mm 直径/mm 长度/mm
    80 9.9 5.05 10.01 5.04
    180 10.01 5.03 10.06 5.02
    280 10.10 5.05 10.33 5.04
    360 10.04 5.09 10.30 5.01
    440 10.10 5.12 10.39 5.07
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    表  2  不同应变率下试样的动态力学参数

    Table  2.   Dynamic mechanical parameters of specimens at different strain rates

    应变率
    /s−1
    弹性模量
    /GPa
    屈服强度
    /MPa
    屈服应变
    /%
    失效应力
    /MPa
    失效应变
    /%
    80 2.42 10.01 0.42 11.61 0.53
    180 4.04 14.03 0.44 17.59 0.74
    280 5.03 18.02 0.54 21.22 0.98
    360 5.54 19.97 0.58 24.87 1.08
    440 5.75 20.71 0.59 26.67 1.17
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    表  3  DNAN基含铝炸药的J-C本构参数

    Table  3.   JC intrinsic parameters of DNAN-based underwater explosives

    A/Mbar B/Mbar n C
    1.82×10−6 6.5×10−5 0.7 0.45
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    表  4  铝杆件线弹性模型参数

    Table  4.   Model parameters for the linear elasticity of aluminium rod members

    $ \rho $/(g·cm−3) 杨氏模量/Mbar 泊松比
    2.78 0.71 0.33
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    表  5  紫铜整形器J-C模型参数

    Table  5.   Copper shaper JC model parameters

    $ \rho $/(g·cm−3) G/Mbar A/Mbar B/Mbar n
    8.96 0.46 9×10−4 2.9×10−3 0.31
    C m Tm/K Tr/K
    0.025 1.09 1356 210
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    表  6  不同应变率下不同网格尺寸仿真结果误差

    Table  6.   Fig6 Error of simulation results with different mesh sizes for 80/s strain rate

    应变率为80 s−1
    网格尺寸/mm 最大相对误差/% 整体相对误差/%
    1 2.36 1.26
    0.75 2.01 0.64
    0.5 1.97 0.59
    0.25 1.82 0.51
    应变率为180 s−1
    网格尺寸/mm 最大相对误差/% 整体相对误差/%
    1 2.57 1.34
    0.75 2.45 0.71
    0.5 2.39 0.75
    0.25 2.29 0.68
    应变率为280 s−1
    网格尺寸/mm 最大相对误差/% 整体相对误差/%
    1 3.98 3.05
    0.75 2.15 1.46
    0.5 1.45 0.79
    0.25 1.26 0.77
    应变率为360 s−1
    网格尺寸/mm 最大相对误差/% 整体相对误差/%
    1 4.34 3.64
    0.75 2.97 1.88
    0.5 2.06 1.20
    0.25 1.98 1.16
    应变率为440 s−1
    网格尺寸/mm 最大相对误差/% 整体相对误差/%
    1 4.83 3.71
    0.75 2.60 1.92
    0.5 1.95 1.24
    0.25 1.82 1.20
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-19
  • 修回日期:  2024-02-21
  • 录用日期:  2024-02-29
  • 网络出版日期:  2024-09-11

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