随着军事武器的不断发展,对武器的各项性能要求越来越高。炸药药柱是各种武器的核心部件,在很大程度上制约着武器的进一步发展。而要改善药柱的质量,寻找最佳的材料配比和工艺参数,都依赖于对炸药药柱残余应力分布的测试与表征。至今,适用于炸药药柱残余应力测试的技术很少,国内外在这一领域应用成功的例子更是寥寥无几。因此,对药柱残余应力的检测技术进行深入研究,具有重要的理论意思和实用价值。本论文首先介绍了塑料粘结炸药的组成、制备工艺以及药柱的成型机制;描述了残余应力的成因和存在方式;综合论述和比较了各种应力测试手段的优缺点及应用领域,结合塑料粘结炸药自身的特点,筛选出两种可安全用于PBX残余应力测试的无损检测方法—X射线衍射方法和超声波法。分析了X射线衍射方法测试残余应力的基本原理和计算过程,运用X射线衍射仪对不同成型工艺下制备的药柱进行了一系列的相关测试,为其他部门提供了有价值的参考数据。主要内容如下:(1)论述了国内外使用的各种应力测试方法,结合塑料粘结炸药对应力测试技术的要求和药柱自身的理化特性,综合比较认为X射线衍射法、超声波法、云纹干涉法、激光干涉等无损测试方法比较适合应用于塑料粘结炸药的应力测试表征。运用IR Prestige-21红外测试仪对药柱进行红外测试,发现由于炸药药柱自身材料成分的特点,红外光透过率十分低。经过对各种无损测试方法的试验、筛选,最终筛选出两种能够有效地表征药柱残余应力的实验方法:X射线衍射法和超声波法。(2)运用X射线衍射方法对不同成型压力下制备的JOB-9003药柱进行XRD测试,并与其主要单质材料奥克托金晶体结果进行比较,发现不同压力下的药柱衍射峰略有不同,主要表现在衍射峰发生了少许位移,说明应力的存在确会使晶面间距发生相应变化,并能够在实验中测定,为X射线衍射法测试残余应力奠定了可行的实验技术基础。(3)从理论上推导出应用XRD技术测定PBX残余应力的计算公式,表明2θφψ与sin 2ψ呈线性关系,由斜率M与材料应力常数K可方便地计算出药柱的宏观残余应力σx。在此基础上建立PBX残余应力的XRD实验测试方法,测试结果表明PBX药柱残余应力的大小约为几个兆帕,均为正值,是一种拉应力。(4)对各种不同成型压力的药柱进行应力测试结果表明:①不同成型压力压制的药柱应力大小不同,且随成型压力的增大而变大,但是不呈简单的线性关系,在150MPa时达到最大。②药柱各个部位的应力都是拉应力,除了边缘区域外应力大小都在几个兆帕范围内;但是药柱的边缘部分的应力跟中心区域有较大的差别,大小达到几十兆帕,有个别地方甚至达到一百多兆帕,远大于非边缘区域的应力。③在放置19个月后药柱的应力普遍减小,说明随着时间的推移残余应力会略有下降。(5)在不同的条件下对药柱进行热处理后进行应力测试结果表明:①热处理有助于炸药药柱残余应力的释放,有利于改善其质量和性能。②炸药药柱经120小时与14小时热处理后的应力释放效率没有明显的差别的结果表明药柱进行热处理达到一定的时间之后,应力松弛程度不会随热处理时间增长而加大。③药柱在经过第一次热处理后再进行第二次热处理,残余应力虽然有所减小,但变化不大,幅度远没有第1次明显,表明热处理对残余应力的松弛作用主要体现在第一次热处理上。本论文工作是国家自然科学基金—中国工程物理研究院联合基金资助项目的部分研究内容,研究结果对高聚物粘结炸药的应力评估及成型工艺具有参考价值。