2024年5月17日发(作者：海信电视42寸液晶屏幕价格)

202

文章编号：1006‑9941（2021）03‑0202‑09

曹兴，曹红松，张根生，吴宗娅，赵捍东，刘恒，王琪，罗普光

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

曹兴

1

，曹红松

1

，张根生

2

，吴宗娅

2

，赵捍东

1

，刘恒著

1

，王琪

1

，罗普光

3

（1.中北大学机电工程学院，山西太原030051；2.山西江阳化工有限公司，山西太原030041；3.北京航天长征飞行器研究

所，北京100076）

摘要：空心装药通常采用压制成型工艺，为了研究工艺参数对装药质量的影响，采用基于连续介质力学的方法，建立了空心

JO‑9159炸药压制过程有限元仿真模型，仿真分析了JO‑9159炸药压制成型过程的相对密度、位移以及等效应力变化规律。在此基

础上，针对压制速率、初始相对密度以及摩擦系数3种主要工艺参数对JO‑9159炸药压制成型质量的影响进行了仿真与分析。结果

显示：压制过程中JO‑9159炸药粉末主要是轴向流动，靠近阴模区炸药流动相对缓慢；压制速率为0.5mm·s

-1

时、摩擦系数为0.25

时，成型后装药相对密度较为均匀，回弹量较小。

关键词：空心装药；JO‑9159炸药粉末；压制成型；工艺参数

中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI：10.11943/CJEM2020224

1引言

聚能破甲战斗部装药采用压装法装药，该方法将

制成型的模拟研究有不少成果，梁华琼等

［4］

对以HMX

为基的高聚物粘结炸药进行了压制实验，用扫描电镜及

激光粒度仪测试表征，揭示了炸药压制过程中，炸药颗

粒粒径变化和颗粒破碎等相关规律。张涛等

［5］

采用更

新拉格朗日方法的热机‑耦合分析法对PBX粉末温压成

型过程进行了数值模拟，分析了炸药压制过程的应力及

相对密度的变化。刘群等

［6］

建立了模压条件下炸药颗

粒压制成型的计算模型，分析了压制过程中，炸药颗粒

的变形、受力和温度变化情况。唐红

［7］

等采用物质点法

对PBX炸药压制过程进行了数值模拟，分析了PBX炸药

压制成型过程中的应力、温度变化以及颗粒的变形。

上述研究主要是针对圆柱型装药压制成型过程，

目前针对锥形装药压制成型过程的研究相对较少，而

且装药密度及其均匀性影响着聚能破甲战斗部装药质

量和毁伤威力。为此，本研究以小口径聚能装药为背

景，借助高级非线性有限元仿真软件模拟

仿真了锥形JO‑9159炸药装药压制成型过程，分析了

压制速率、松装密度等工艺参数对JO‑9159炸药装药

成型质量的影响。

颗粒状的粉末炸药倒入模具，在压机上通过冲头加压

成为具有一定形状、一定强度的药柱

［1］

。聚能破甲战

斗部装药要求装药密度高且均匀，这样在产生足够能

量的同时形成稳定的爆轰波，从而压垮药型罩，产生稳

定的射流。装药密度及其均匀性

［2-3］

影响聚能破甲战

斗部装药质量、发射安全以及毁伤威力。采用压装法

装药时，压制速率、温度、压制方式、松装密度等工艺参

数影响着成型装药密度及其均匀性，传统压装法控制

成型装药质量是通过检测成型药柱的密度以及回弹量

来判断装药质量的好坏，根据经验数据不断调整工艺

参数，从而达到满足要求的成型装药。这种方法费时、

费力，不能直观地观察到药柱内部应力及相对密度状

态，难以保证成型药柱质量的一致性。

随着计算机数值模拟技术的发展，针对炸药粉末压

收稿日期：2020‑08‑17；修回日期：2020‑09‑18

网络出版日期：2021‑01‑21

基金项目：国家自然科学基金资助（XJJ201806）

作者简介：曹兴（1993-），男，硕士生，主要从事弹药毁伤研究。

e‑mail：184****************

通信联系人：曹红松（1967-），女，教授，主要从事弹箭虚拟仿真技

术研究。e‑mail：***********.cn

2空心装药压制过程仿真模型建立

聚能装药压制成型是将炸药粉末视为可压缩的连

引用本文：曹兴,曹红松,张根生,等.炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究[J].含能材料,2021,29(3):202-210.

CAOXing,CAOHong‑song,ZHANGGen‑sheng,tionStudyontheInfluenceofCompressionProcessParametersontheQualityofHollowCharges

[J].ChineseJournalofEnergeticMaterials

（

HannengCailiao

）

,2021,29(3):202-210.

ChineseJournalofEnergeticMaterials，Vol.29,No.3,2021（202-210）含能材料

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

续体，运用连续体塑性力学模型

［8］

来分析炸药压制过

程的变形行为及相关参数变化规律。压制过程中，粉

末材料遵循质量不变定律，局部遵循体积不变原则。

求解方法采用更新的拉格朗日方法，该方法是各参量

参考每一载荷或时间步长开始时的位形，即在分析过

程中参考位形是不断更新的

［9］

。

2.1空心炸药粉末压制工艺流程

炸药压制成型过程原理示意图如图1所示。作用

过程如下：首先施加压力给冲头，使冲头向下运动，之

后冲头便与炸药接触，炸药粉末受到冲头的挤压发生

塑性变形从而达到致密化，最终形成和冲头一致形状

的炸药。

在实际生产工程中，聚能装药压制开始时，冲头是

埋在炸药里边的，如图2a所示。以聚能装药尺寸直径

为20mm，装药高H为1.2D，为24mm，锥角α为60°

为例，进行JO‑9159炸药压制成型仿真。假定初始炸

药松装密度为致密体的一半，所以经过计算，压制开始

时，JO‑9159炸药的初始药高H

0

为42.2267mm，冲头

下降高度为初始药高减去装药高，为18.2267mm。

图1聚能装药压制示意图

1—冲头，2—炸药粉末，3—阴模，4—下模冲

Fig.1Schematicdiagramofshapedchargesuppression

1—punch，2—explosivepowder，3—femalemold，

4—lowerdiepunch

tialstate

state

ofcompression

ofcompression

图2模型几何尺寸

Fig.2Geometryofthemodel

CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS

203

2.2炸药粉末压制有限元模型

由于聚能装药压制成型过程中施加的载荷条件是

对称的，且其几何模型是轴对称图形，故为减少计算

量，根据实际生产构建了如图3所示的炸药压制二维

轴对称有限元模型，其轴线为对称轴。设置初始单元

网格大小为0.2。

图3JO‑9159炸药压制有限元计算模型

1—冲头，2—JO‑9159炸药，3—阴模，4—下模冲，5—对称轴

Fig.3FiniteelementcalculationmodelforJO‑9159explo‑

sivecompression

1—punch，2—JO‑9159explosive，3—femalemold，

4—lowerdiepunch，5—symmetricalaxis

2.3炸药粉末材料本构模型

本次仿真研究JO‑9159炸药粉末屈服准则选择

Shima‑oyane

［10］

模型，该模型在模拟粉末压制成型的

应用较广泛，并且该模型被集成到商业软

件中，Shima‑oyane屈服函数如式（1）

［11-12］

：

F=

1

(

3p

2

γ

2

σ

d

σ

d

+

β

2

式中，σ

y

为单轴屈服

)

1

2

-σ

y

（1）

应力，Pa；σ

d

表示偏应力分量张

量，Pa；p表示静水压，Pa；β、γ为只与相对密度有关的

材料参数，且该参数需要通过材料试验确定。在实践

中，一般用如式（2）和式（3）表达：

γ=

(

q

1

+q

2

ρ

q

3

)

q

4

（2）

β=

(

b

b

4

1

+b

2

ρ

b

3

)

（3）

式中，ρ为相对密度，

ρ=

ρ

1

ρ

，ρ

1

为粉末体自由装填的密

2

度，ρ

2

为粉末体的压实密度；q

1

、q

2

、q

3

、q

4

、b

1

、b

2

、b

3

和b

4

为参数，由单轴压缩试验测得，用以确定β

、

γ。本次仿

真采用的β

、

γ

［13］

如式（4）和式（5）：

γ=

(

6.25(1-ρ)

)

-0.5

（4）

β=ρ

5.5

（5）

式（2）和式（4）以及式（3）和式（5）对比分别可得

到q

1

、q

2

、q

3

、q

4

和b

1

、b

2

、b

3

、b

4

的值，如表1所示。以下

仿真基于此参数开展。

含能材料2021年第29卷第3期（202-210）

204

仿真采用JO‑9159炸药

［14］

的材料参数见表2。

表1Shima‑oyane参数

Table1Shima‑oyaneparameters

q

1

q

2

q

3

q

4

b

1

b

2

b

3

b

4

0115.56.25-6.251-0.5

表2JO‑9159炸药材料参数

［14］

Table2MaterialparametersofJO‑9159explosive

［14］

material

densityelasticmodulusPoisson'syieldstrength

/g·cm

-3

/GParatio/MPa

JO‑91591.8648.40.22430

压制过程，炸药由松散状态变为致密状态，其泊松

比、弹性模量以及摩擦系数等均为变值，所以本文泊松

比与相对密度关系如式（6）

［15］

：

μ=μ

0

e

-12.5(1-ρ)

2

（6）

式中，μ

0

表示致密炸药的泊松比，ρ为相对密度。

弹性模量与相对密度的关系采用线性变化，

如式（7）：

E=E

0

ρ

（7）

式中，E

0

表示致密炸药的弹性模量，Pa。

影响摩擦系数的因素有很多，如粉末颗粒大小、模

具光滑度、温度等，且摩擦系数并没有一个特定的表达

式来表达它的变化，所以本文初步设定摩擦系数的值

为0.2。

2.4仿真参数设置

JO‑9159炸药粉末压制成型有三道工序，分别是

加载、保压和卸载过程，所以在模拟压制成型过程需要

设置加载工况、保压工况和卸载工况共3个工况，其中

保压时间设置为180s；冲头运动状态的实现采取控制

点控制的方式，将边界条件添加到控制点上来控制冲

头的运动，运动方式用表格实现；网格重划分参数需要

根据几何模型的不同，不断调节重划分网格参数，网格

重划分参数设置不合理会导致仿真计算无法进行。本

次仿真重划分网格方法选择前沿法四边形，网格重划

分参数选择单元数，重划分单元数量设置为1100；收

敛判据采取残余力或位移准则，并设置收敛容差为

0.1，收敛容差决定计算精度，可根据实际需要进行

调整。

3空心炸药压制成型仿真结果及分析

根据实际装药工艺参数范围，这里设定加载时间

ChineseJournalofEnergeticMaterials，Vol.29,No.3,2021（202-210）

曹兴，曹红松，张根生，吴宗娅，赵捍东，刘恒，王琪，罗普光

为18s，则压制速率

v=

18.2267

18

mm·s

-1

≈1.01mm·s

-1

，

初始相对密度为0.5，摩擦系数0.2时，分析聚能

JO‑9159炸药装药压制成型后炸药相对密度、位移以

及应力变化等情况。

3.1炸药压制成型相对密度分布

JO‑9159炸药的相对密度变化云图如图4所示。

分析图4发现，JO‑9159炸药相对密度分布是不均匀

的。为研究JO‑9159炸药在压制成型过程中，

JO‑9159炸药轴线位置处、冲头与JO‑9159炸药接触

位置处、阴模与JO‑9159炸药接触处以及下模冲与

JO‑9159炸药接触处相对密度变化情况，故在接触区

域设定采样点，图5为JO‑9159炸药不同区域处采样

点位置示意图。图6为不同区域采样点相对密度变化

曲线。从图6a可以得出，靠近下模冲区域的相对密度

要大于靠近冲头区域及中间区域的相对密度，并且中间

区域相对密度是最小的。分析图6b发现，冲头区域相对

密度分布较为均匀，除了冲头头部外，其他区域相对密度

值均在0.90以上。观察图6c发现，阴模区相对密度变化

波动较大，但其相对密度差值不超过0.04，整体上看，

该区域相对密度在0.92以上。从图6d可以看出，下

模冲附近区整体相对密度为0.95~1。

图4JO‑9159炸药的相对密度变化云图

Fig.4CloudmapofrelativedensitychangeofJO‑9159

explosive

上述结果分析表明，相对密度最大是靠近下模冲

区域，其次是靠近阴模区，再之后是冲头区，最后是轴

线区。产生这种现象的原因是，在JO‑9159炸药压制

成型过程中，冲头向下运动时，轴心处的炸药向下运动

所受的阻力较小，而靠近阴模和下模冲的区域，炸药与

其发生摩擦，从而造成向下运动时产生较大的阻力，所

以轴线处的相对密度较小，靠近阴模及下模冲相对密

度较大。

含能材料

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

205

a．ngpointspositionatthepunch

c.

图5

Fig.5

samplingpointspositionatthefemalemould

ngpointspositionatthelowerdiepunch

JO‑9159炸药不同区域采样点位置

LocationofsamplingpointsindifferentareasofJO‑9159explosive

vedensitychangecurveatthepunch

c.

图6

Fig.6

vedensitychangecurveatthelowerdiepunch

不同区域采样点相对密度变化曲线

Relativedensitychangecurveofsamplingpointsindifferentregions

为研究不同轴向位置处，径向相对密度分布状况，故

设置采样点，图7为不同轴向位置采样点位置示意图，图

8为不同轴向位置处径向密度曲线。分析图8得知，径

向位置小于1.5mm区域，同一径向，下模冲及冲头头

部附近的相对密度总是大于其他区域；径向位置大于

3.5mm区域，同一径向，则呈现出下模冲及其他区域

相对密度较大，靠近冲头区密度较小。整体上看，阴模

区的相对密度较大，这是由于存在摩擦力的缘故。

CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS

图7

Fig.7

不同轴向位置采样点位置

Locationofsamplingpointsatdifferentaxialpositions

含能材料2021年第29卷第3期（202-210）

206

图8不同轴向位置相对密度随径向位置变化曲线

Fig.8Therelativedensityofdifferentaxialpositionsvaries

withradialposition

3.2炸药压制成型位移分布

以下表述的位移是指位移变化量的绝对值。图9

为JO‑9159炸药总体位移变化云图，分析图9可以得

出：JO‑9159炸药成型后最大位移为18.14mm，发生

在与冲头接触处，而理论计算JO‑9159炸药达到最终

成型高度时，其最大位移应该为18.2267mm，这说明

了JO‑9159炸药成型后在卸载过程中发生了回弹，其

回弹量为0.0867mm。图10为JO‑9159炸药成型后

轴向（X方向）、径向（Y方向）位移变化云图，分析图10

发现，JO‑9159炸药轴向位移最大达到17.31mm，而

径向位移最大为0.3884mm，由此可见，JO‑9159炸药

压制成型过程中炸药流动方向主要是轴向流动。这验

证了张涛等

［5］

学者的结论，粉末压制流动方向为轴向

流动，证明了Shima‑oyane模型是可以模拟炸药粉末

压制成型过程的。图11为以图7采样点所做的位移

变化曲线。从图10以及图11可以得出：JO‑9159炸

药位移云图呈现中间下凹的状态；从图11可以得出，

靠近下模冲的位置，JO‑9159炸药发生的位移较小，其

图9JO‑9159炸药总体位移变化云图

Fig.9CloudmapofoveralldisplacementchangeofJO‑9159

explosive

ChineseJournalofEnergeticMaterials，Vol.29,No.3,2021（202-210）

曹兴，曹红松，张根生，吴宗娅，赵捍东，刘恒，王琪，罗普光

他位置处炸药发生的位移较大，对比不同曲线发现，总

体上，JO‑9159炸药呈现中间流动较快，靠近阴模处流

动较慢，这是由于阴模存在摩擦力，在压制过程，

JO‑9159炸药与阴模发生摩擦，导致JO‑9159炸药受

到摩擦力阻碍其向下运动。

apofexplosiveaxial（Xdirection）

displacementchange

apofexplosiveradial（Ydirection）

displacementchange

图10JO‑9159炸药不同方向位移变化云图

Fig.10CloudmapofthedisplacementchangesofJO‑9159

explosiveindifferentdirections

图11不同轴向位置位移随径向位置变化曲线

Fig.11Thevariationcurvesofdisplacementatdifferentaxi‑

alpositionswithradialposition

含能材料

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

3.3炸药压制成型后应力分布

图12为JO‑9159炸药等效应力分布云图。观察

图12得出，JO‑9159炸药等效应力分布不均匀，最大

应力出现在炸药和下模冲及阴模接触区域，其最大

应力为36.65MPa，最小应力出现在炸药轴线区及

冲头与炸药接触区，最小应力为0.348MPa。炸药

内部中间区域应力不大于25MPa。JO‑9159炸药

压制成型出现的最大应力为36MPa左右，可能会

造成炸药破裂、掉块以及裂纹等其他缺陷，也有可

能造成炸药爆炸现象，所以可以根据应力变化云图

改进模具等。

图12JO‑9159炸药等效应力分布云图

Fig.12CloudmapofequivalentstressdistributionofJO‑9159

explosive

3.4炸药压制成型模具受力分析

炸药压制过程中，模具的受力状态也是需要考虑

的一部分，模具的受力影响着寿命及加工成本。图13

为模具在压制过程受力随时间变化曲线。从图13受

力曲线可以看出，在加载过程，模具受力趋势均是先增

大，并且呈指数迅速上升到最高点，阴模受到的力是最大

的，其值为1.3×10

5

N，冲头受力最大达到8.2×10

4

N，而

下模冲受到的力最大仅有2.2×10

4

N；在保压阶段，模

具的受力并不是保持最大值不变，而是会减小到一个

特定的值，之后保持不变，这与实际也是相吻合的；在

卸载阶段，冲头和下模冲的力瞬间下降，而阴模受到的

力是瞬间下降到一个不是零的值，这是因为炸药和阴

模还存在接触，之后阴模受力有轻微的波动，这可能是

冲头回退时，炸药和模套发生相对滑动，从而产生了一

部分力，导致受力有波动。模具的受力曲线可以为炸

药压制选择模具材料时提供参考，以减小成本，保证

安全。

CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS

207

图13模具受力随时间变化曲线

Fig.13Thevariationcurvesoftheforceofthemoldwithtime

4压制工艺参数对空心装药质量的影响

装药质量的评价是用相对密度及回弹量等来衡量

的，所以此次仿真主要是研究压制速率、初始相对密度

以及摩擦系数这三种工艺参数对空心JO‑9159炸药装

药的相对密度和回弹量的影响。根据实际压装药工艺

参数取值范围，压制速率选取0.5，1，1.5，2，2.5，

3mm·s

-1

共计6组试验；初始相对密度选取0.5，0.6，

0.7，0.8共计4组试验；摩擦系数选取0.1，0.15，0.2，

0.25共计4组。

4.1压制速率对成型装药质量的影响

本小节研究保证初始相对密度及摩擦系数参数不

变，研究不同压制速率对空心成型JO‑9159炸药装药

质量的影响。

4.1.1压制速率对成型装药相对密度的影响

图14为相对密度及相对密度差值随压制速率变

化曲线。相对密度差为最大相对密度减去最小相对密

度的绝对值。分析图14并对比可以得出，压制速率为

0.5mm·s

-1

时，最小相对密度达到最大，其值在0.6以

上，密度差值达到最小，其值为0.36，由此可见，较低

的压制速率可以使JO‑9159炸药成型相对密度提高，

变得更加均匀。随着压制速率的升高，JO‑9159炸药

相对密度呈现波浪变化，没有特定的规律，但从整体上

看，压制速率太大，会使最小相对密度变小，从而造成

JO‑9159炸药成型后密度不均匀，JO‑9159炸药均匀

性是通过最大相对密度和最小相对密度差值来衡量

的，差值越小越均匀。产生该现象可能是因为不同的

压制速率影响JO‑9159炸药粉末不同区域的流动，相

比较而言，速率变大时，使得JO‑9159炸药粉末不同区

域，炸药粉末流动快慢悬殊较大。

从图14中发现最小相对密度小于初始相对密度

0.5，在实际空心炸药粉末压制成型过程，锥角处常发

含能材料2021年第29卷第3期（202-210）

208

生掉块的现象，这也就是说该区域密度较低，未压实，

从而产生这种结果。

因为不同压制速率下相对密度分布基本类似，故

选择压制速率0.5mm·s

-1

进行分析。图15为压制速

率0.5mm·s

-1

下JO‑9159炸药相对密度变化云图。分

析图15可以发现，密度最小处出现在轴线处和与冲头

接触的区域，这些区域密度较低且分布不均匀。

图14相对密度及相对密度差值随压制速率变化曲线

Fig.14Thevariationcurvesofrelativedensityandrelative

densitydifferencewithpressingrate

图15压制速率0.5mm·s

-1

时JO‑9159炸药相对密度变化云图

Fig.15CloudmapofJO‑9159explosiverelativedensity

changeatapressingrateof0.5mm·s

-1

4.1.2压制速率对成型装药回弹量及等效应力的

影响

炸药压制成型后回弹量过大不仅造成炸药密度不

均匀，还会造成成型炸药不可装配，更重要的还有可能

产生裂纹等。图16中黑线为回弹量随压制速率的变

化，随着压制速率的增大，回弹量会变小，但增大到一

定程度，回弹量又会增大，之后回弹量又下降。整体上

看，回弹量较小，其取值范围在0.065~0.1mm。产生

回弹可能是因为卸压后，JO‑9159炸药粉末内部存在

一部分应力，未及时释放，而不同的压制速率，造成

JO‑9159炸药粉末内部的应力不尽相同，故不同压制

ChineseJournalofEnergeticMaterials，Vol.29,No.3,2021（202-210）

曹兴，曹红松，张根生，吴宗娅，赵捍东，刘恒，王琪，罗普光

速率产生的回弹量也是不同的。

图16中红线为等效应力随压制速率变化曲线。

从曲线可以看出，压制速率在0.5~1mm·s

-1

范围内，

等效应力有下降趋势；压制速率在1.5~2mm·s

-1

，等

效应力波动较大，并在压制速率为1.5mm·s

-1

时，等

效应力达到160MPa左右，该应力会使JO‑9159炸药发

生破裂等其他危险的情况；压制速率在2.0~3mm·s

-1

范

围，等效应力呈现轻微上升趋势，等效应力在43.49~

50.83MPa。不同压制速率下其等效应力是不同的，

这可能是因为压制速率影响应力的传递以及释放。

等效应力在不同压制速率下云图分布类似，均是

分布不均匀的，所以选择压制速率0.5mm·s

-1

进行分

析。图17为压制速率0.5mm·s

-1

等效应力变化云图，

观察应力云图发现，应力最大值主要是在阴模、下模冲

以及冲头和阴模的交接处。

图16回弹量及等效应力随压制速率的变化曲线

Fig.16Thevariationcurvesofreboundamountandequiva‑

lentstresswithpressingrate

图17压制速率0.5mm·s

-1

的等效应力变化云图

Fig.17Cloudmapofequivalentstresschangeatapressing

rateof0.5mm·s

-1

4.2初始相对密度对成型装药质量的影响

JO‑9159炸药相对密度和回弹量随不同初始相对

密度变化的曲线如图18所示。分析图18可以得出，

含能材料

炸药压制工艺参数对空心装药质量影响的仿真研究

在保证压制速率和摩擦系数参数不变的条件下，当初

始密度为0.8时，最小相对密度达到最大，值为

0.6549，密度差值达到最小，值为0.3451，此时，回弹

量也达到最小，为0.067mm。随着初始相对密度的

增大，JO‑9159炸药成型后最小相对密度有所提升，使

得相对密度差值越来越小，炸药装药密度变得更加均

匀，同时，在初始相对密度超过0.6时，JO‑9159炸药成

型后的回弹量降低明显，这说明初始相对密度对

JO‑9159炸药装药质量有一定影响，初始相对密度的

提高可以改善JO‑9159炸药装药质量。

图18JO‑9159炸药相对密度和回弹量随不同初始相对密度

变化曲线

Fig.18Thevariationcurvesoftherelativedensityandthere‑

boundamountofJO‑9159explosivewithdifferentinitialrela‑

tivedensities

4.3摩擦系数对成型装药质量的影响

JO‑9159炸药相对密度和回弹量随不同摩擦系数

变化的曲线如图19所示。分析图19可以得出，在保

证压制速率和初始相对密度参数不变的条件下，摩擦

系数的提升，可以改善JO‑9159炸药成型相对密度，提高

JO‑9159炸药密度均匀性。摩擦系数在0.1~0.2时，

图19JO‑9159炸药相对密度和回弹量随不同摩擦系数变化

曲线

Fig.19Thevariationcurvesoftherelativedensityandthere‑

boundamountofJO‑9159explosivewithdifferentfrictionco‑

efficients

CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALS

209

JO‑9159炸药成型回弹量没有变化，当摩擦系数在

0.2~0.25时，JO‑9159炸药成型回弹量减小，且摩擦系

数为0.25时，回弹量达到最小，其值为0.067mm。综

上所述，摩擦系数为0.25时，JO‑9159炸药成型最小相

对密度达到最大，为0.6479，密度差最小，即JO‑9159

炸药密度均匀性较好，同时，JO‑9159炸药回弹量也达

到最小，即在该摩擦系数下，JO‑9159炸药成型质量

较好。

5结论

（1）利用高级非线性有限元软件，采用连续介质

力学的方法，模拟仿真了聚能装药压制成型过程，得出

JO‑9159炸药压制成型过程，炸药流动主要是呈现轴

向流动，而且靠近模具处流动较为缓慢，这是由于靠近

模具处，炸药粉末与模具产生摩擦，阻碍炸药粉末向下

流动。

（2）JO‑9159炸药压制成型后，轴线处的相对密

度较低且分布不均匀，而靠近模具区域密度较大，密度

分布较为均匀。轴线处为锥角所对应的位置，根据实

际粉末压制过程，锥角处粉末密度较低且易发生掉块，

所以本次模拟也基本符合实际。

（3）JO‑9159炸药压制成型后存在回弹，且回弹

量较小，不超过0.1mm。本次仿真的压制速率、初始

相对密度以及摩擦系数等工艺参数对回弹量及相对密

度有影响，但不呈现特定的规律。

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SimulationStudyontheInfluenceofCompressionProcessParametersontheQualityofHollowCharges

CAOXing

1

，CAOHong⁃song

1

，ZHANGGen⁃sheng

2

，WUZong⁃ya

2

，ZHAOHan⁃dong

1

，LIUHeng⁃zhu

1

，WANGQi

1

，

LUOPu⁃guang

3

（eofMechanicalandElectricalEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；JiangyangChemicalCo.，Ltd.，

Taiyuan030041，China；gInstituteofSpaceLongMarchVehicle，Beijing100076，China）

Abstract：hemethodofcontinuummechanics，afiniteele‑

，therelativedensity，displacementandequivalent

stresschangelawsofthepressingprocessoftheJO‑，theinfluencesofpress‑

ingrate，initialrelativedensityandfrictioncoefficientonthepressingqualityofJO‑9159explosivearesimulatedandanalyzed.

ResultsshowthattheJO‑9159explosivepowderflowsmainlyintheaxialdirectionduringthepressingprocess，andtheexplo‑

sivepowderflowsslowlynearthefemalemoldarea；whenthepressingrateis0.5mm·s

-1

andthefrictioncoefficientis0.25，

therelativedensityofthechargeaftermoldingismoreuniformandtheamountofreboundissmaller.

Keywords：hollowcharge；JO‑9159explosivepowder；compressionmoldingprocess；processparameters

CLCnumber：TJ55Documentcode：ADOI：10.11943/CJEM2020224

（责编：王艳秀）

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