分享：基于CT圖像的多參數(shù)PBX密度量化表征

高聚物黏結(jié)炸藥（PBX）是一類以高聚物黏結(jié)劑為基體、高能混合炸藥顆粒為填充物，在熱力載荷作用下壓制成型的非均勻復(fù)合材料[1-2]。PBX成型密度是影響其力學(xué)性能[3-4]、爆轟性能[5-6]、安全性能[7]的關(guān)鍵參數(shù)。受成型工藝[2]、壓力[8]、溫度[9]、材料配方[10]等因素的影響，PBX成型過程中的密度演變復(fù)雜，難以精確控制和預(yù)測(cè)，嚴(yán)重阻礙其高質(zhì)量高可靠性發(fā)展[2]，因此對(duì)PBX密度及分布的表征至關(guān)重要。 

X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)具有無損、高分辨率、三維成像可視化、適用于復(fù)雜構(gòu)件檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于PBX密度及分布的表征。根據(jù)CT檢測(cè)原理[11]，試驗(yàn)測(cè)得的CT值與材料密度近似線性正相關(guān)，可間接表征密度分布[12-13]。楊雪梅等[14-15]發(fā)現(xiàn)CT灰度值與PBX樣品密度之間的線性相關(guān)系數(shù)超過0.99。此外，CT技術(shù)的空間分辨率可達(dá)到微納米級(jí)，同時(shí)還具備良好的密度分辨率[16]。STULL等[17]使用兩點(diǎn)校準(zhǔn)法評(píng)估CT灰度值，檢測(cè)到PBX樣品之間1%的密度變化。為量化成型過程中工藝參數(shù)對(duì)炸藥密度演變的影響，曹興等[18]基于SHIMA-OYANE材料模型模擬不同壓制速率下炸藥粉末壓制成型過程，繪制出相對(duì)密度變化云圖，提取軸、徑向不同位置的相對(duì)密度，結(jié)果顯示中間區(qū)域較靠近上、下模沖區(qū)域的相對(duì)密度更低，粉末相對(duì)密度隨壓制速率提高而更均勻。ZHANG等[19]采用CT灰度值相對(duì)比法統(tǒng)計(jì)不同截面灰度平均值，發(fā)現(xiàn)隨著壓力增大，軸向截面CT灰度平均值呈非線性增大后逐漸平緩，徑向截面CT灰度平均值波動(dòng)性減小，徑向密度趨于均勻分布[13]。該團(tuán)隊(duì)還利用CT值極差計(jì)算出最大密度差作為評(píng)估RBX密度空間分布均勻性的指標(biāo)。 

已有研究嘗試通過計(jì)算CT灰度平均值、極差等統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)，初步驗(yàn)證該方法能夠有效量化表征PBX壓制成型過程的密度演變。然而，當(dāng)前研究忽略了壓力及粒徑對(duì)密度演變的影響，且存在對(duì)CT數(shù)據(jù)利用不充分，未能有效量化波動(dòng)情況的問題。為此，文章設(shè)計(jì)制備壓力及粒徑變化的18個(gè)PBX樣品，基于CT圖像提取灰度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、對(duì)稱性指數(shù)及峰度等4個(gè)特征參數(shù)，從離散程度、對(duì)稱性和陡峭程度等多維度來描述密度分布特征；并引入非均勻性指標(biāo)描述灰度值波動(dòng)程度，進(jìn)而量化PBX密度空間分布不均勻程度，為后續(xù)炸藥壓制成型工藝優(yōu)化及宏觀性能研究提供支撐。 

1.   試驗(yàn)方法

1.1   樣品

3種粒徑6種壓力的PBX試件外觀如圖1所示，試件尺寸均為?20 mm×6 mm（厚度），其中炸藥顆粒經(jīng)篩分處理，分為小、中、大三種粒徑，粒徑分別為0.4~1.2 mm，1.2~1.4 mm，1.4~2.5 mm。針對(duì)每種粒徑范圍，分別施加50，70，90，110，130，150 MPa的壓力，共計(jì)獲得18個(gè)PBX試件。采用排水法測(cè)量試件的密度，具體結(jié)果如表1所示。 

圖  1  3種粒徑6種壓力的PBX試件外觀

1.2   X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描試驗(yàn)

試驗(yàn)采用nanoVoxel-9010型X-μCT掃描系統(tǒng)，CT檢測(cè)電壓為100 kV，電流為100 mA；相同壓力的3種粒徑試件為一組，在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上旋轉(zhuǎn)360°，投影采樣幀數(shù)為1 024，單幅投影圖采樣曝光時(shí)間為0.3 ms，CT圖像分辨率為29.9 μm。不同壓力的6組試件采用相同的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，得到CT原始數(shù)據(jù)。將16位的CT數(shù)字圖像通過映射轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的8位灰度值，即可繪制CT灰度圖像，實(shí)現(xiàn)CT圖像重構(gòu)。 

2.   試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1   CT灰度圖像

試驗(yàn)得到CT圖像共計(jì)670張，以第335張切片為例（見圖2），圖中深色對(duì)應(yīng)低密度的炸藥顆粒，淺色對(duì)應(yīng)高密度的黏結(jié)劑，可見，隨著壓力增大，不同粒徑試件內(nèi)炸藥顆粒形態(tài)模糊，顆粒與黏結(jié)劑邊界趨于不連續(xù)。此外，隨著壓力及粒徑增大，炸藥顆粒與黏結(jié)劑灰度顏色對(duì)比減小。 

圖  2  PBX試件第335張切片灰度示意

2.2   CT圖像灰度值統(tǒng)計(jì)特性分析

2.2.1   CT圖像灰度直方圖

灰度直方圖以圖像灰度值為橫坐標(biāo)，以該灰度值出現(xiàn)的數(shù)量或概率為縱坐標(biāo)，可以直觀反映灰度數(shù)據(jù)的分布，是一種重要的圖像統(tǒng)計(jì)分析方法。依據(jù)圖像內(nèi)所有像素灰度值，繪制灰度直方圖，其結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，隨著壓力增大，不同粒徑PBX試件的灰度值分布向高值移動(dòng)，直方圖分布形態(tài)由平坦分散非對(duì)稱趨于陡峭集中對(duì)稱；壓力在50~90 MPa時(shí)直方圖變化明顯，110~150 MPa時(shí)差異不大。其中，小粒徑試件灰度直方圖峰值隨壓力增大逐漸上升，中、大粒徑試件灰度直方圖峰值在110 MPa處降低后略有增大。隨著粒徑增加，不同壓力PBX試件的灰度直方圖峰值變大，分布形態(tài)更加陡峭集中。 

圖  3  不同壓力及粒徑PBX試件的灰度直方圖

2.2.2   CT圖像灰度直方圖特征參數(shù)

灰度直方圖特征參數(shù)是從灰度直方圖中提取的統(tǒng)計(jì)信息，常用的直方圖特征參數(shù)有灰度平均值、灰度標(biāo)準(zhǔn)差、對(duì)稱性指數(shù)和峰度，能夠分別反映直方圖位置、離散程度、對(duì)稱性和陡峭程度等關(guān)鍵特征。 

（1）灰度平均值 

灰度平均值表示整體灰度的平均水平，將排水法測(cè)得的密度與灰度平均值進(jìn)行線性擬合（見圖4），得到灰度平均值與密度之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.88，表明二者之間具有很強(qiáng)的線性相關(guān)性，因此，可以采用CT灰度值間接表征PBX密度。 

圖  4  灰度平均值與體積密度的擬合結(jié)果

不同壓力及粒徑PBX試件的灰度平均值計(jì)算結(jié)果如圖5所示，可見隨著壓力增大，灰度平均值增大，總增幅超過8.7%；壓力在50~90 MPa時(shí)，灰度平均值增幅達(dá)4.5%，在110~150 MPa時(shí)，灰度平均值增幅為1.1%，其增長(zhǎng)速度變緩，與梁華瓊等[20]利用排水法測(cè)得的PBX密度隨壓力變化的規(guī)律一致。小粒徑試件灰度平均值更大，中、大粒徑試件灰度平均值相近。 

圖  5  不同壓力及粒徑PBX試件的灰度平均值

PBX試件成型過程中，炸藥顆粒破碎并流動(dòng)，填充顆粒間孔隙，從而使得結(jié)構(gòu)致密化，密度得以提升[8,20]。分析認(rèn)為，隨著壓力增大，炸藥顆粒破碎程度更高，顆粒尺寸減小，流動(dòng)性更好，孔隙填充效應(yīng)更明顯[10]，因而灰度平均值增大。小粒徑PBX試件中炸藥顆粒尺寸更小，流動(dòng)性更好，孔隙填充效果更好，密度更高，而中、大粒徑試件的最小顆粒尺寸分別為1.2 mm和1.4 mm，二者差異不大，對(duì)孔隙填充和密度提升的效果相近。 

（2）灰度標(biāo)準(zhǔn)差 

灰度標(biāo)準(zhǔn)差表示灰度值的變化程度，與PBX試件內(nèi)部密度均勻性相關(guān)，試件內(nèi)部密度偏差越小，灰度直方圖分布越集中，灰度標(biāo)準(zhǔn)差越小。不同壓力及粒徑PBX試件的灰度標(biāo)準(zhǔn)差如圖6所示，隨著壓力增大，灰度標(biāo)準(zhǔn)差先是逐漸減小，壓力達(dá)到110 MPa后不同粒徑試件呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，具體如下：小粒徑試件在110 MPa時(shí)灰度標(biāo)準(zhǔn)差幾乎不變，隨后繼續(xù)減??；中、大粒徑在110 MPa時(shí)灰度標(biāo)準(zhǔn)差略增大后小幅度減??；在150 MPa時(shí)中粒徑試件灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小、大粒徑試件灰度標(biāo)準(zhǔn)差增大，二者數(shù)值相同。此外，低壓力試件的灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小趨勢(shì)明顯，高壓力試件的灰度標(biāo)準(zhǔn)差變化量更小。除150 MPa下中、大粒徑的灰度標(biāo)準(zhǔn)差相等以外，試件灰度標(biāo)準(zhǔn)差隨著粒徑增大而減??；小粒徑試件灰度標(biāo)準(zhǔn)差減幅為18.8%，而大粒徑試件灰度標(biāo)準(zhǔn)差減幅為8.1%。 

圖  6  不同壓力及粒徑PBX試件的灰度標(biāo)準(zhǔn)差

（3）對(duì)稱性指數(shù)與峰度（無量綱） 

對(duì)稱性指數(shù)（Sym）與峰度（Kur）分別描述了灰度直方圖的對(duì)稱性及陡峭程度（峰度越大，形態(tài)越陡峭），其計(jì)算公式分別如下 

式中：Gtop為直方圖峰值對(duì)應(yīng)灰度值；${{\displaystyle <span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">\int </span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">0</span>}}^{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">d</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}$，${{\displaystyle <span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">\int </span>}}_{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}}^{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">255</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}\text{<span style="font-size: 16px; color: rgb(0, 0, 0);">d</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}$分別為0~Gtop和Gtop~255范圍的直方圖曲線與x軸所圍面積；Gi為某一像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值；i為灰度圖像中某一像素點(diǎn)。

式中：$\stackrel{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">¯</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}$為灰度平均值；σ為灰度標(biāo)準(zhǔn)差；n為像素的總數(shù)。 

根據(jù)CT圖像繪制了不同壓力及粒徑PBX試件的對(duì)稱性指數(shù)及峰度散點(diǎn)圖（見圖7）。如圖7（a）所示，壓力在50~90 MPa時(shí)所有試件的對(duì)稱性指數(shù)隨著壓力增大逐漸增大，數(shù)值越接近1，灰度直方圖分布對(duì)稱性越強(qiáng)，其中壓力在50~70 MPa內(nèi)，小粒徑試件對(duì)稱性指數(shù)快速增加，在70~90 MPa內(nèi)平緩變化，大粒徑試件變化規(guī)律相反；在壓力為110~130 MPa時(shí)，小、中粒徑試件對(duì)稱性指數(shù)隨壓力變化不大，大粒徑試件對(duì)稱性指數(shù)減小，所有粒徑試件對(duì)稱性指數(shù)于150 MPa處達(dá)到最大值，此時(shí)增幅分別為63.5%，38.7%，26.3%。 

圖  7  不同壓力及粒徑PBX試件的灰度直方圖特征參數(shù)

如圖7（b）所示，峰度隨著壓力及粒徑增大而增大，說明直方圖形態(tài)越陡峭，灰度值分布更集中，在壓力為90~110 MPa時(shí)，小粒徑試件峰度略增大，中、大粒徑試件峰度減??；壓力為50~90 MPa時(shí)，峰度增幅為46.8%，壓力為110~150 MPa時(shí)，增幅為21.0%，增長(zhǎng)速度變緩。小、中、大粒徑PBX試件峰度總增幅分別為86.0%，19.7%，1.2%，其增長(zhǎng)速度隨粒徑增大而降低。 

PBX中炸藥顆粒受壓碎化后的小尺寸顆粒與黏結(jié)劑混合形成混合相，其密度介于炸藥顆粒密度與黏結(jié)劑密度之間，使得試件內(nèi)部密度差異縮小，表現(xiàn)為灰度直方圖形態(tài)更加陡峭集中對(duì)稱，灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小，對(duì)稱性指數(shù)及峰度增大。此外，相同壓力下，PBX炸藥顆粒尺寸越大，受壓后的破碎程度更嚴(yán)重[10,21]，與黏結(jié)劑混合程度高，密度差異更小。 

現(xiàn)有研究表明，PBX在壓制成型過程中經(jīng)歷以下3個(gè)階段（見圖8）：初始顆粒位移填充孔隙的顆粒重排階段、中期顆粒相互擠壓剪切破碎階段和后期壓實(shí)階段[22-23]。根據(jù)灰度直方圖參數(shù)計(jì)算結(jié)果分析認(rèn)為：壓力為50~90 MPa時(shí)試件處于顆粒重排階段，該階段孔隙快速填充，因而密度隨著壓力增大而快速變大；壓力為110~150 MPa時(shí)試件處于顆粒破碎階段，該階段由于顆粒間相互接觸出現(xiàn)壓縮阻力，密度增長(zhǎng)速度減緩。在壓力為110 MPa時(shí)，PBX中大尺寸炸藥顆粒最先發(fā)生破碎，而小尺寸顆粒粒徑變化不大，因此中、大粒徑試件內(nèi)顆粒粒徑分布范圍明顯變廣[21]，與黏結(jié)劑混合程度變化范圍更大，導(dǎo)致混合相密度變化大。 

圖  8  PBX試件壓制成型中微觀結(jié)構(gòu)演變過程示意

2.3   基于CT灰度值的密度空間分布分析

2.3.1   灰度平均值分布

壓制成型過程中，炸藥顆粒間存在流動(dòng)摩擦及壓力損耗現(xiàn)象，其會(huì)引起試件內(nèi)部密度分布不均勻，可能降低PBX結(jié)構(gòu)質(zhì)量甚至導(dǎo)致爆轟性能惡化[2]。為研究PBX密度空間分布，分別沿x、y、z軸方向統(tǒng)計(jì)灰度平均值并進(jìn)行顏色映射生成相應(yīng)分布圖，其中x、y軸為垂直于壓制方向，z軸為平行于壓制方向。結(jié)果表明試件在平行與垂直壓制方向上均存在密度分布不均勻現(xiàn)象。PBX試件沿y軸方向的灰度平均值分布如圖9所示，可見PBX試件位置由中心向左右兩側(cè)變化時(shí)灰度平均值逐漸增大，并且上下兩側(cè)位置的灰度平均值亦有變化；隨著壓力增大，試件中心與左右兩側(cè)位置的顏色差異減??；其中相同壓力下，小粒徑試件不同位置間顏色差異更明顯。大粒徑試件在150 MPa時(shí)存在灰度值異常大的聚集區(qū)域，STULL等[17]認(rèn)為可能是存在未溶解物質(zhì)或金屬污染物，由此分析2.2.2節(jié)灰度標(biāo)準(zhǔn)差在150 MPa時(shí)異常增大的原因可能是該污染物的存在。 

圖  9  PBX試件沿y軸方向的灰度平均值分布

受壓制工藝影響，PBX試件邊緣處炸藥顆粒與模具壁發(fā)生摩擦，導(dǎo)致該位置相較于中心的密度更大[22,24]?？拷鼔褐贫说恼ㄋ庮w粒受壓程度更高，結(jié)構(gòu)更加致密，密度更大[13,24]。基于此，可以確定小粒徑試件的上側(cè)為壓制端，中、大粒徑試件的下側(cè)為壓制端，如圖9中箭頭所指。 

2.3.2   灰度非均勻性指標(biāo)

基于灰度平均值分布圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)PBX不同方向密度不均勻分布的可視化及定性分析，進(jìn)一步的定量分析則需引入可描述其空間分布不均勻程度的量化參數(shù)。朱金龍等[25]基于CT截面圖像的非均勻性指標(biāo)建立了瀝青混合料均勻性評(píng)價(jià)方法，探究了攪合時(shí)間及溫度對(duì)混合料均勻性的影響。并且，瀝青混合料與PBX的微觀結(jié)構(gòu)類似，均為不規(guī)則多邊形顆粒隨機(jī)分布，因此引入非均勻性指標(biāo)（無量綱）作為量化參數(shù)，其計(jì)算公式如式（3），（4）所示。 

式中：Sz為$<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">)</span>$坐標(biāo)z軸方向灰度標(biāo)準(zhǔn)差；$\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">(</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">,</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">)</span>$為z軸方向上所有像素的灰度值；${\stackrel{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">¯</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}$為z軸方向的灰度平均值；nz為z軸方向的像素?cái)?shù)量。 

式中：Dz為z軸方向的非均勻性指標(biāo)；${\stackrel{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">¯</span>}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}}_{\mathrm{<span\; style="font-size:\; 16px;\; color:\; rgb(0,\; 0,\; 0);">?</span>}}$為z軸方向所有坐標(biāo)的灰度標(biāo)準(zhǔn)差的平均值。 

同理可計(jì)算得到x、y軸方向的非均勻性指標(biāo)Dx、Dy。非均勻性指標(biāo)越小，則該方向上的灰度值分布越均勻，其計(jì)算結(jié)果如圖10所示。 

圖  10  不同壓力及粒徑PBX試件的不同方向非均勻性指標(biāo)

由圖10可見，隨著壓力增大，炸藥顆粒發(fā)生流動(dòng)及重排，顆粒與黏結(jié)劑分布趨于均勻，改善了密度分布，因此PBX試件Dx、Dy、Dz均呈減小趨勢(shì)；小粒徑試件非均勻性指標(biāo)隨壓力增大逐漸減小，中、大粒徑試件非均勻性指標(biāo)先減小，在110 MPa時(shí)略增大，分析認(rèn)為這是由于大尺寸顆粒先發(fā)生破碎，中、大粒徑試件的顆粒粒徑分布范圍變廣，與黏結(jié)劑混合程度不均而導(dǎo)致密度分布不均，隨后在130 MPa時(shí)小幅度減小，大粒徑試件在150 MPa時(shí)的非均勻性指標(biāo)受污染物影響而增大。壓力為50~90 MPa時(shí)，非均勻性指標(biāo)減幅為11.2%，壓力為110~150 MPa時(shí)，非均勻性指標(biāo)減幅為8.4%，減小速度變緩，推測(cè)此時(shí)PBX炸藥顆粒填充孔隙的速度變緩，密度增速降低，且顆粒相互擠壓而流動(dòng)性變差，導(dǎo)致密度分布均勻性變化量小。 

隨著粒徑增大，不同壓力試件Dx、Dy、Dz均減?。恍?、中、大粒徑試件非均勻性指標(biāo)減幅分別為19.2%，15.9%，7.4%，減小速度變緩，分析認(rèn)為，其原因是大粒徑炸藥顆粒在制備過程中內(nèi)部所需黏結(jié)劑的含量更高，且粒徑越大，相同試件厚度下炸藥顆粒與黏結(jié)劑的接觸面更少，則黏結(jié)劑含量波動(dòng)帶來的影響更小。 

此外，PBX成型過程呈軸對(duì)稱特點(diǎn)，密度在沿壓制方向?qū)ΨQ分布[26]，因此同一PBX試件中Dx、Dy差異范圍在0.5%以內(nèi)。Dz明顯低于Dx和Dy，推斷出平行于壓制方向的密度分布更加均勻，可能因?yàn)檎ㄋ庮w粒主要沿壓制方向位移，這與曹興等[18]基于PBX壓制成型過程炸藥粉末位移的仿真結(jié)果一致，且PBX試件在該方向上的高度更小，壓力傳遞性更好。 

基于CT圖像及灰度值分析能夠表征PBX密度及其均勻性，具體方法如下：通過比較待測(cè)PBX試件的CT圖像灰度值與已知密度的標(biāo)準(zhǔn)試件的灰度值，建立灰度值與密度值之間的線性關(guān)系，從而準(zhǔn)確測(cè)定PBX的密度值，并分析其在空間上的密度分布。 

3.   結(jié)論

文章基于CT灰度值的統(tǒng)計(jì)特性及空間分布特點(diǎn)，采用灰度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、對(duì)稱性指數(shù)、峰度、非均勻性指標(biāo)等多項(xiàng)參數(shù)定量分析壓力及粒徑對(duì)PBX密度演變的影響，主要結(jié)論如下。 

（1）隨著壓力增大，PBX灰度直方圖向高值偏移，并趨于集中對(duì)稱分布，灰度平均值增大，灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小，對(duì)稱性指數(shù)及峰度呈增大趨勢(shì)。 

（2）隨著粒徑增大，PBX灰度直方圖形態(tài)更陡峭，灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小，峰度增大。小粒徑樣品灰度平均值最大，大粒徑樣品灰度標(biāo)準(zhǔn)差減小速度更緩慢。 

（3）PBX密度空間分布不均勻，靠近模具壁側(cè)和壓制端處的密度更大；經(jīng)過黏結(jié)劑聚集區(qū)和多個(gè)顆粒連接處的灰度平均值更大；平行于壓制方向較垂直于壓制方向的非均勻性指標(biāo)更小，密度趨于均勻分布。 

（4）隨著壓力及粒徑增大，PBX不同方向非均勻性指標(biāo)均減小，密度空間分布更均勻，大粒徑樣品分布均勻性變化量更小。壓力為50~90 MPa時(shí)PBX處于顆粒重排階段；壓力達(dá)110 MPa時(shí)處于顆粒破碎階段，此時(shí)除對(duì)稱性指數(shù)以外的直方圖特征參數(shù)變化速度變緩。

文章來源——材料與測(cè)試網(wǎng)