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高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosives,缩写为PBX)作为一类颗粒高度填充的非均相含能复合材料,主要由粉末炸药晶体和高聚物粘结剂、增塑剂及钝感剂等组成,其中TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)是PBX中常用的单质高能钝感炸药。由于PBX具有能量高、安全性好、成型性能优良等特点而在军民领域中得到了广泛应用。PBX全寿命环境条件非常复杂,伴随着诸多的热力作用。这些热力环境都可能导致PBX产生结构变化,显著影响PBX的力学性能和安全性能。因此,开展热力耦合作用下PBX结构变化研究非常重要。本文以TATB基PBX为研究对象,从热力复合原位试验技术、定量化表征方法、新试验和表征手段的可行性测试、及不同温度下TATB基PBX的结构变化和破坏行为等几个方面展开。首先,本文基于X射线计算机层析成像(X-ray computed tomography,缩写为X射线CT)系统搭建了热力复合加载试验平台,设计了一种适用于CT系统的原位圆弧巴西试验装置,建立了描述TATB基PBX裂纹形态的定量化表征方法,开发了 PBX内部颗粒结构变化及位移场分析算法。其次,利用PBX模拟材料开展原位圆弧巴西试验,初步验证了上述试验、表征、及分析方法的可行性和科学性。对比了完好及含不同预制缺陷形式的PBX模拟材料的变形及破坏行为特点,研究发现:(1)无预制缺陷样品从圆盘中心处开始起裂并沿径向生长,而当缺陷方向与加载方向呈45°夹角时,裂纹在缺陷顶点处开始生长;(2)当缺陷为非贯通的表层缺陷时,样品具有分层起裂的特点;(3)通过有限元计算进行理论模拟,模拟结果与试验现象吻合较好。最后,开展了-20℃～70℃温域内TATB基PBX结构变化研究,定量化表征了不同热力复合作用下的裂纹形态,分析了其内部颗粒变化,研究发现:(1)PBX破坏应变对温度不敏感;(2)随着温度由低到高,裂纹形态由平直向曲折变化,且裂纹断面由粗糙向光滑变化;(3)低温巴西试验中,PBX内部颗粒以平移、剪切滑移及自身破碎为主,而在高温时,PBX内部结构变化以粘结剂膨胀、颗粒体积缩小及颗粒重组为主。