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第155次青年科学家论坛在北京理工大学举行

关闭窗口 作者:郭保桥 发布时间:2009-09-01
     20071215日,由中国科学技术协会主办、北京理工大学和中国工程物理研究院承办的第155次青年科学家论坛在北京理工大学国际教育交流大厦举行。论坛主题是含能材料损伤及装药安全性研究中的热点问题,北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室黄风雷教授、中国工程物理研究院龙新平研究员、中国工程物理研究院化工材料研究所黄辉研究员、北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室陈鹏万教授担任了本次论坛的执行主席。

  中国科学技术协会书记处书记冯长根教授和中国兵工学会许毅达副秘书长莅临论坛。40余位来自北京理工大学、中国工程物理研究院、中科院力学研究所、国防科学技术大学、总装炮兵装备技术研究所、兵器工业204研究所、航天四院42所等国内有关高校和研究院所的专家和研究生参加了本次论坛。在开幕式上,许毅达副秘书长代表中国兵工学会对本次论坛的举行表示祝贺。之后,在论坛学术报告交流和专题讨论中,共有15位专家做了精彩的学术报告。最后,中国科学技术协会书记处书记冯长根教授做了热情洋溢的总结讲话,对本次论坛的成功举行给与了肯定,并希望青年科学家再接再厉,为本学科的发展和国防事业做出更大的贡献。

 


  一、论坛所反映的主要学术观点和最新研究进展

  1. 含能材料损伤与爆炸相关性

  北京理工大学黄风雷教授做了题为含能材料损伤及爆炸相关性的主题报告,对含能材料损伤的研究背景与意义、固体含能材料的冲击损伤、损伤与爆炸相关性等进行了介绍,讨论了损伤对含能材料力学性能、燃烧和爆炸性质的影响以及损伤与爆炸相关性的具体内涵,强调了含能材料损伤研究的重要意义。结合北京理工大学十余年来在推进剂和炸药损伤方面的研究工作,重点介绍了炸药和推进剂冲击损伤的实验模拟、观测和表征,应用拉氏分析研究损伤炸药冲击起爆过程,损伤推进剂的燃烧转爆轰,损伤炸药冲击起爆过程的数值模拟等方面的研究成果。

  总装炮兵装备技术研究所蒙上阳高工介绍了推进剂储存安全性和点火安全性方面的研究成果,结合一些实际案例,重点介绍了含缺陷推进剂储存安全性和点火安全性评估中一些理论分析和数值模拟结果。北京理工大学陈朗教授介绍了在含能材料Cook-offXDT研究方面的成果,重点介绍了利用数值模拟方法研究推进剂和高能炸药烤燃实验和低冲击条件下炸药延迟爆轰现象的研究结果,发现通过采用冲击敏感化的反应速率方程可以模拟两次冲击条件下的XDT现象。中国工程物理研究院化工材料研究所李明研究员介绍了一种评价含能晶体缺陷与感度关系的方法,针对含能晶体缺陷影响炸药感度的现象,提出采用压缩刚度反映炸药晶体品质,进而与炸药感度进行关联的新方法。国防科学技术大学张震宇教授介绍了非均质炸药冲击起爆的反应速率模型方面的最新研究成果,在分析现有反应速率模型局限性基础上,提出了改进的点火、增长和爆轰高压三项反应速率方程,并给出了在冲击起爆模拟中的研究结果,该模型能够考虑晶粒尺寸和孔隙率等的影响,能更好反映实际的冲击起爆过程。

  2. 含能材料损伤的表征及模拟

  北京理工大学陈鹏万教授介绍了高聚物粘结炸药损伤观测、表征及模拟方面的研究成果,重点介绍了含能材料损伤的观测方法、PBX损伤破坏模式、PBX颗粒破碎及比表面积变化、PBX低速撞击损伤的超声波表征及PBX损伤破坏的流形元法模拟等方面的研究成果。北京理工大学刘战伟副教授介绍了应用现代光测力学方法研究高聚物粘结炸药损伤破坏过程和细观破坏机理方面的研究成果,采用云纹法和散斑法等现代光学方法研究炸药蠕变性能、不同加载方式下的破坏模式、带缺陷的PBX试样破坏机理、以及动态力学性能等。中科院力学所丁雁生研究员围绕PBX材料粘弹性细观损伤模型进行了介绍,提出不采用传统损伤度概念,而是采用统计细观损伤力学原理,计算由细观到宏观的跨尺度破坏过程,该模型能够反映炸药的细观结构和破坏过程,可望用于PBX结构的损伤分析。北京理工大学吴艳青副教授基于位错的晶体塑性理论,提出了 各向异性模型,并用于一维冲击起爆过程的模拟,该模型能够考虑晶体各项异性和晶体界面作用的影响。

  3. 钝感炸药与装药安全性

  中国工程物理研究院化工材料研究所黄辉研究员针对当前国内外重点关注的钝感弹药与降感炸药进行了介绍,分析了发展钝感弹药与降感炸药对于提高装药安全性的重要意义,介绍了国内外在钝感炸药制备、钝感炸药和钝感弹药的评价方法、降感RDX/HMX制备和表征等方面的最新研究成果,结合国内在这方面取得的进展和我国武器装备对发展钝感弹药的要求,介绍了今后需要重点突破的理论和技术问题。中国工程物理研究院化工材料研究所黄毅民研究员针对含能材料安全实验与评价方法,重点介绍了国内外在含能材料热感度、机械感度和冲击波感度实验方法以及综合评价方法等方面的最新进展。中国工程物理研究院何碧研究员介绍了VLWR爆轰产物状态方程的研究进展,对VLW状态方程的建立、发展和应用进行了讨论,对应用VLWR状态方程预测钝感炸药爆轰性能等进行了展望。

  二、与会者达成的共识及相关建议

  与会者经过充分交流与讨论,对含能材料损伤及装药安全性研究的应用需求、发展动向及最新进展达成了以下共识:

  1. 准确把握含能材料损伤的科学内涵,不断完善理论体系

  近年来,国内外对含能材料损伤已开展了一些研究,但与惰性材料的损伤研究相比还远不够全面、系统和深入。目前,含能材料损伤完整的概念、内涵以及理论体系还没有建立起来。研究含能材料不仅要解决力学响应问题,还要解决化学响应问题,涉及力-热-化学反应的耦合,具有不同于惰性材料的特征,从这点上讲,含能材料损伤不仅涵盖了传统损伤研究的范畴,同时在内涵上又得到了拓展。从含能敏感引申出来的损伤研究涉及很多方面的问题,包括获取损伤与化学反应之间深层次的联系;定量描述损伤对含能材料燃烧、爆炸性质的影响;将损伤与化学反应进行关联和耦合,从损伤角度对含能材料的变形破坏及燃烧爆炸这一复杂过程进行统一的描述等。现有的含能材料损伤分析多是基于经典的损伤理论,并不涉及反应起爆。针对含能材料的高填充和含能敏感特点,需要完善响应的理论体系。

  2. 损伤与爆炸之间存在相关性,需要深入研究关联机理和方法

  损伤使含能材料热点源增加,比表面积增大,含能材料敏感化,从而影响含能材料感度、燃烧及爆轰性质。损伤会导致含能材料感度提高,含能材料的感度不仅与损伤的数量有关,同时还与损伤的特征有关。损伤不仅对冲击起爆阈值有影响,对于爆轰的建立过程也有很大的影响。损伤的存在还会使燃烧表面积增加,燃速提高,从而引起含能材料的燃烧异常。研究表明,许多弹药早炸、误炸事故都是由于含能材料损伤引起的。当前世界范围内所面临的诸多军工难题,如长期储存下含能材料结构件的开裂、大口径火炮发射安全性、推进剂的燃烧转爆轰、炸药装药在低强度冲击波作用下的延迟起爆等在本质上都可以与这个问题联系起来。损伤与爆炸之间存在相关性,但损伤对含能材料安全性影响的定量和规律性认识并不多,深层次的机理上认识则更少,需要深入研究其关联机理和方法。

  3. 钝感炸(弹)药、装药安全性实验及评价方法研究急待加强

  发展钝感炸(弹)药是解决装药安全性的重要技术途径。随着各国军事装备、工事防护能力的不断增强,对弹药能量和安全性能都提出了更高的要求,为此美国和北约制定了有关研制、评估和测试钝感弹药的标准,并已广泛用于武器装备。对于一些特殊的应用环境和一些新的武器装备,都需要使用钝感弹药。使用钝感炸(弹)药,不仅有利于大幅度提高弹药在战场上的使用安全性,而且可以提高弹药在勤务处理过程的安全,降低后勤保障费用,对于提高武器系统全过程的安全性都具有十分重要的意义。与国外相比,我国在钝感炸药设计和制备、装药安全性实验及评价方法等方面均有差距,迫切需要大力加强这方面的研究工作。在理论上,要特别重视钝感炸药的设计理论、钝感炸药和损伤炸药的反应效应和能量释放规律的研究。

  为应对学科发展和武器装备需求给含能材料损伤和装药安全性研究带来的机遇与挑战,与会者建议:

  1. 重视学科交叉和融合,加强合作研究

  含能材料损伤和装药安全性是一个多学科交叉课题,涉及固体力学、损伤力学、爆炸力学、含能材料学等多门学科。由于一些客观的原因,这些学科的研究较少交流氛围、机制和渠道,要重视学科交叉,整合国内的相关研究力量,开展合作研究,集智攻关,才能较好的解决这样一个复杂的问题。

  2. 科学规划,重点开展好一些关键科学技术问题的研究

  含能材料损伤是一个新的研究方向,内涵比较丰富,需要开展的研究工作很多。针对含能材料的特点,要进一步做好科学问题的提炼,科学规划,积极争取国防相关基础研究基金和国家自然科学基金等的支持,重点做好含能材料损伤的观测与表征、损伤与爆炸关联机理、损伤和安全性多尺度模拟等关键科学问题的技术攻关。

  3. 结合具体工程应用,开展好应用研究工作

  含能材料损伤和装药安全性研究具有很强的应用背景和需求,在研究中,不能一味追求理论和模型的先进型,要结合实际的工程应用,重视理论和模型的验证工作,指导工程实践。

  三、本次论坛的特点及专家的反响

  本次论坛符合国家安全发展战略,研究方向新颖,学科交叉与结合明显。论坛气氛热烈,讨论深入,与会代表均表示受益匪浅,认为本次论坛很成功、很有成效。

  论坛对含能材料损伤和装药安全性领域的最新研究成果和研究进展进行了交流,对该领域的主要科学问题和研究方向进行了凝炼,对需要重点开展的研究课题和需要突破的关键技术形成了共识,并就一些合作研究达成了意向。同时,论坛还就如何推动损伤力学的应用研究和提高我国武器装备的安全水平提出了科学建议。本次论坛为从事损伤力学、复合材料力学、含能材料和爆炸力学研究的中青年科技人员提供了交流平台,对于推动国内各研究群体的协同攻关和科研合作,促进该领域研究的深入开展都将起到积极的作用。