Methodology for Testing High-Energy Materials Under Low Temperature Conditions

• Autorzy: Modrzejewski Patryk , Janiszewski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.9338

Warianty tytułu

PL

Metodyka badania materiałów wysokoenergetycznych w warunkach obniżonej temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The methodology developed for testing gun propellants at low temperatures according to PN-EN ISO 604:2006 is presented in the paper. Brief characteristics are given of the materials tested and the most important static compression test conditions, such as specimen dimensions, deformation velocity and temperature range for selected propellants, i.e. JA-2 and SC. To verify the methodology developed, preliminary strength tests were performed at selected temperatures (25, 0, -25 and -50°C). Tests were carried out on specimens fabricated by shortening the propellant grain to the dimensions required by the reference standard. The results obtained confirmed the expected strength properties for both propellants (tensile strength and brittleness). Due to its chemical composition, the JA-2 propellant is a material of low brittleness even at -50°C. It does not crack completely and only its yield point increases. The results obtained for the JA-2 propellant were consistent with those published in reference literature. The SC propellant proved to be very brittle even at room temperature. At temperatures below 0°C, it fractures completely after reaching the desired deformation. The results obtained confirm that the adopted strength test conditions and the way the tests were prepared and performed enable acquisition of comparable and reliable results. It can be seen by analysing the results for the JA-2 propellant, which are consistent with the data in the available references. In contrast, the tests on the SC propellant proved the validity of strength tests on this type of material. Brittleness of propellant grains is a very undesirable phenomenon. A change in the combustion surface of low explosives caused by the process of propellant grain fracturing can adversely affect the magnitude and course of the pressure pulse, leading to failure of a cartridge chamber or gun barrel.

PL

W artykule przedstawiono opracowaną metodykę badania prochów w obniżonej temperaturze na podstawie normy PN-EN ISO 604:2006. Opisano krótką charakterystykę badanych materiałów oraz najważniejsze warunki przeprowadzania statycznej próby ściskania takie, jak: wymiary próbek, prędkość deformacji oraz zakres temperatur dla wybranych gatunków prochu, tj.: JA-2 oraz SC. W celu weryfikacji opracowanej metodyki wykonano wstępne badania wytrzymałościowe w wybranych temperaturach (25, 0, -25 i -50 °C). Testy przeprowadzono dla próbek powstałych poprzez skrócenie ziarna do wymiarów zgodnych z normą. Uzyskane wyniki potwierdziły oczekiwane właściwości wytrzymałościowe dla obu gatunków prochu (kruchość, wytrzymałość na rozciąganie). Proch JA-2 ze względu na skład chemiczny jest materiałem o niskiej kruchości nawet w temperaturze -50 °C. Nie ulega całkowitemu skruszeniu, rośnie jedynie jego granica plastyczności. Wyniki uzyskane dla prochu JA-2 są zbieżne z wynikami opublikowanymi w literaturze. Proch SC okazał się materiałem bardzo kruchym już w temperaturze pokojowej. W temperaturach poniżej 0 °C ulegał całkowitemu skruszeniu po osiągnięciu zakładanego odkształcenia. Uzyskane wyniki potwierdzają, że przyjęte warunki testu wytrzymałościowego oraz sposób przygotowania i przeprowadzenia badań umożliwia uzyskanie porównywalnych i wiarygodnych wyników. Można to zauważyć analizując wyniki dla prochu JA-2, który są zgodne z danymi zamieszczonymi w dostępnej literaturze. Badania prochu SC udowadniają natomiast zasadność badań wytrzymałościowych tego typu materiałów. Kruchość ziaren prochowych jest zjawiskiem bardzo niepożądanym. Zmiana powierzchni spalania prochu wynikająca z procesu pękania ziaren prochowych może wpłynąć negatywnie na wielkość i przebieg impulsu ciśnienia i doprowadzić do zniszczenia komory nabojowej lub lufy działa.

Słowa kluczowe

EN

mechanical engineering; low temperature test; strength testing; static compression test; gun propellants

PL

inżynieria mechaniczna; badania w niskiej temperaturze; badania wytrzymałościowe; statyczna próba ściskania; proch strzelniczy; prochy artyleryjskie

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 12, Nr 2 (44)
• Strony: 63--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il., tab., wykr.

Twórcy

autor

Modrzejewski Patryk

• Military University of Technology, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3950-5204

autor

Janiszewski Jacek

• Military University of Technology, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kruszka Leopold, Mariusz Magier, Mariusz Zielenkiewicz. 2013. „Wyznaczenie współczynników do równania Johnsona Cooka na podstawie wyników badań lepkoplastycznych własności spieku na osnowie wolframowej”. Problemy Techniki Uzbrojenia 127 : 65-73.
• [2] Lee Keum Oh, Soon Bok Lee. 2012. „Modeling of Materials Behavior at Various Temperatures of Hot Isostatically Pressed Superalloys”. Materials Science and Engineering 541 : 81-87.
• [3] Gazonas A. George. 1991. The Mechanical response of M30, XM39, and JA2 propellants at strain rates from 10-2 to 250 s-1. US Army Ballistic Research Laboratory Aberdeen Proving Ground 130-35.
• [4] Lieb J. Robert. 1991. High strain rate response of gun propellant using the Hopkinson Split Bar. US Army Ballistic Research Laboratory Aberdeen Proving Ground.
• [5] Hoffman J. Harry. 1989. High-strain rate testing of gun propellants. Chemical Propulsion Information Agency.
• [6] Gazonas A. George. 1993. A Uniaxial Nonlinear Viscoelastic Model With Damage for M30 Gun Propellant. US Army Ballistic Research Laboratory Aberdeen Proving Ground.
• [7] PN-EN ISO 604:2006. Tworzywa sztuczne. Oznaczenie właściwości przy ściskaniu.
• [8] Encyklopedia techniki CHEMIA. 1965. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• [9] Gallwitz U. 1957. Prochy i ładunki artyleryjskie. Warszawa: Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej.
• [10] https://www.vihtavuori.com/tech-blog-powder-grain-shapes
• [11] Trębiński Radosław, Zbigniew Leciejewski, Zbigniew Surma, Bartosz Fikus. 2017. „Badania pirostatyczne prochu typu JA-2”. Problemy Techniki Uzbrojenia 46 (142) : 7-23.
• [12] Wójcik Michał. 2019. Statyczne badania wytrzymałościowe prochów artyleryjskich w warunkach obniżonych temperatur . Praca inżynierska: Warszawa: Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej.