PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法技术

技术编号:15299672 阅读:34 留言:0更新日期:2017-05-12 01:50
本发明专利技术请求保护一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法。把炸药颗粒近似为圆形,每个炸药颗粒外层都包裹一层粘结剂,颗粒尺寸大小不一,颗粒位置随机分布。通过这种近似的方法建立PBX炸药细观结构模型,不仅降低了建模的复杂度,而且可以大大减少模拟过程中的计算量。模型建立完成后,在炸药颗粒内部、炸药颗粒和粘结剂之间、粘结剂内部设定初始缺陷,缺陷大小和位置随机分布,然后开始PBX炸药的压制。在压制过程中,分析缺陷的传播路径和初始细观损伤(缺陷)对PBX炸药力学性能的影响。本发明专利技术不仅易于研究损伤对PBX力学性能的影响,而且可以模拟不同程度的损伤,研究不同程度损伤对PBX力学性能的影响。

Numerical simulation method for meso damage of PBX explosive particles during compression molding

The invention requests a numerical simulation method for studying meso damage of PBX explosive particles during compression molding process. The explosive particles are approximately round, and each outer layer of the explosive particles is coated with a layer of binder. The size of the particles is different, and the positions of the particles are randomly distributed. By using this approximate method, the meso scale structure model of PBX explosive is established, which not only reduces the complexity of modeling, but also greatly reduces the amount of calculation in the simulation process. After the establishment of the model, the initial defects, the size and location of the defects are randomly distributed inside the explosive particles, between the explosive particles and the binder, and the binder, and then the compaction of the PBX explosive is started. The influence of propagation path and initial meso damage (defect) on the mechanical properties of PBX explosive is analyzed in the compression process. The invention is not only easy to study the influence of damage on the mechanical properties of PBX, but also can simulate different degrees of damage, and study the influence of different degree of damage on the mechanical properties of PBX.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料学、计算机科学领域,特别是涉及一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法
技术介绍
PBX炸药即高聚物粘结炸药,其密度越高,其爆轰能量越高,为了获得更高的爆轰能量,PBX炸药需要从松散的颗粒状态压制成密集型状态,以期获得更高的密度。炸药颗粒在压制之前很有可能存在缺陷,这些缺陷将对PBX炸药的压制过程产生影响。在压制成型过程中可能导致颗粒内部出现破裂现象,影响其力学性能。PBX炸药的力学性能主要是指其在不同环境(温度、湿度等)下,承受各种外载荷(拉伸、压缩、弯曲、冲击等)时所表现出的力学特征。国内外学者对PBX炸药的细观损伤已开展了大量研究。现有的研究大都采用分离式SHPB等试验装置结合高速相机研究PBX炸药内部细观损伤演化模式,分析损伤的产生条件及在损伤状态下PBX炸药内部的应力-应变关系。采用实验装置不仅费用较高,而且试验操作特别困难。如果能采用计算机模拟技术,势必会降低试验成本。PBX炸药压制成型之前,在其内部设置缺陷,可以降低研究材料内部初始细观损伤对其力学性能影响的难度。因此,本文专利技术设计了一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种降低试验成本、降低了建模的复杂度,而且可以大大减少模拟过程中的计算量的PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法。本专利技术的技术方案如下:一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其包括PBX炸药的模型建立阶段、PBX炸药的缺陷设置阶段及PBX炸药的模拟压制阶段;其中在PBX炸药的模型建立阶段把炸药颗粒近似为圆形,每个炸药颗粒外层都包裹一层粘结剂,颗粒尺寸大小不一,颗粒位置随机分布;PBX炸药的模型建立后,在PBX炸药的缺陷设置阶段设定初始缺陷,缺陷数量、大小和位置随机分布;在PBX炸药的模拟压制阶段,分析缺陷的传播路径和初始细观缺陷对PBX炸药力学性能的影响。进一步的,所述PBX炸药的模型建立阶段采用Nairn-mpm模拟软件进行模拟。进一步的,所述PBX炸药模型建立阶段的炸药颗粒根据PBX炸药细观结构显微照片得到。进一步的,生成炸药颗粒位置的步骤为:1)、确定炸药颗粒所在区域的坐标范围;2)、根据实际情况设定炸药颗粒的最大半径r1、最小半径r2和粘结剂的厚度h;3)、在炸药颗粒应在区域中使用随机函数确定一个点的坐标,以该坐标为圆心,分别画半径为r=r1的圆和半径为(r+h)的圆;4)、判断步骤3)中的圆是否超出炸药颗粒应在的区域范围或者与别的颗粒重叠,如果超出或重叠,则重新执行步骤3),否则记录该坐标圆点的位置,继续执行步骤3),直至该区域内无法再继续放置半径为r的圆;5)、循环减小r的大小,但需要满足条件r≥r2,继续执行步骤4),当r<r2时,结束循环。进一步的,所述炸药颗粒外层的粘结剂厚度均匀,炸药颗粒与炸药颗粒之间、粘结剂和粘结剂之间互相不交叉重叠。进一步的,所述包裹有粘结剂的炸药颗粒的位置通过脚本代码随机生成。进一步的,PBX炸药的缺陷设置阶段设定初始缺陷可以在不同的位置:A.炸药颗粒内部;B.炸药颗粒和粘结剂之间;C.粘结剂内部。进一步的,所述缺陷大小根据需要设定,初始缺陷的大小可以从微米级到毫米级,种类为包括裂纹、孔洞在内的缺陷。进一步的,PBX炸药的模拟压制阶段模具上方压制PBX炸药的压力大小不定,为几十兆帕到几百兆帕。本专利技术的优点及有益效果如下:本专利技术炸药颗粒压制成型过程中数值模拟方法的运用有助于了解细观结构损伤影响PBX起爆响应的反应机制。本专利技术的优点:损伤实验的模拟技术可以帮助我们理解PBX在真实条件下损伤的产生过程以及加强与PBX安全性能变化间的关联性;将炸药颗粒近似为圆形,不仅降低了建模的复杂度,而且可以大大减少模拟过程中的计算量;压制PBX之前在其内部设预制缺陷,易于研究损伤对PBX压制成型过程的影响。现有的有关PBX损伤的研究主要是针对PBX压制过程中损伤产生的条件、PBX的损伤形式、损伤对PBX冲击点火的影响等,忽略了研究压制之前的损伤及不同的程度的损伤对PBX力学性能的影响。本专利技术的主要创新点:PBX压制之前,采用在其内部设置不同属性(即数量、大小、位置不同)缺陷的方法研究初始损伤对PBX压制过程的影响。这种方法不仅易于研究损伤对PBX力学性能的影响,而且可以模拟不同程度的损伤,研究不同程度损伤对PBX力学性能的影响。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例图1为二维空间PBX炸药颗粒细观结构模型示意图;图2为带有初始缺陷的PBX炸药颗粒细观结构模型示意图;图3为本文提出的一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术的技术方案如下:炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法可以分为三个阶段:一、模型建立阶段;二、缺陷设置阶段;三、PBX炸药压制阶段。阶段一,模型建立阶段。根据PBX炸药细观结构显微照片,把炸药颗粒近似为大小不等的圆形,每个圆形炸药颗粒外部均包裹一层粘结剂,把粘结剂近似为圆形炸药颗粒外层的圆环,炸药颗粒外层的粘结剂厚度均匀,炸药颗粒与炸药颗粒之间、粘结剂和粘结剂之间互相不交叉重叠。将包裹有粘结剂的炸药颗粒放入压制PBX炸药的模具中,如图1所示。图1中1代表炸药颗粒,2代表粘结剂,3代表压制PBX炸药的模具挡板,4代表空隙,F代表施加在模具上方的压力。炸药颗粒的位置通过脚本代码随机生成,生成随机圆形的思想为:1.确定炸药颗粒所在区域的坐标范围;2.根据实际情况设定炸药颗粒的最大半径r1、最小半径r2和粘结剂的厚度h;3.在炸药颗粒应在区域中使用随机函数确定一个点的坐标,以该坐标为圆心,分别画半径为r=r1的圆和半径为(r+h)的圆;4.判断3中的圆是否超出炸药颗粒应在的区域范围或者与别的颗粒重叠,如果超出或重叠,则重新执行3,否则记录该坐标圆点的位置,继续执行3,直至该区域内无法再继续放置半径为r的圆;5.循环减小r的大小,但需要满足条件r≥r2,继续执行步骤4,当r<r2时,结束循环。阶段二,缺陷设置阶段。在PBX炸药压制过程中,初始损伤的存在是不可避免的,并且损伤缺陷的大小不定,它可以从微米级到毫米级,损伤缺陷会出现在PBX炸药内部的任何位置,如图2所示。图2中5表示炸药颗粒内部的缺陷,6表示粘结剂内部的缺陷,7表示压制炸药颗粒和粘结剂之间的缺陷。初始损伤存在的位置随机设定,位置信息包括以下三种情况:A.炸药颗粒内部;B.炸药颗粒和粘结剂之间;C.粘结剂内部;由于炸药颗粒内部的缺陷随机产生,所以缺陷的种类具有多样化的特点。缺陷可以为裂纹、孔洞等等。阶段三,PBX炸药压制阶段。图3为本专利技术的研究方法流程图,如图所示,首先,将炸药颗粒近似为圆形,并在圆形炸药颗粒外部包裹一层分布均匀的粘结剂;接着,把包裹有粘结剂的炸药颗粒放置在压制PBX炸药的模具中,颗粒位置通过脚本代码自动随机生成;然后,判断PBX内部是否有缺陷,如果有则在模具上方施加压力,开始压制炸药,否则在炸药颗粒和粘结剂之间、粘结剂内部或炸药颗粒内部设本文档来自技高网...
PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法

【技术保护点】
一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其特征在于,包括PBX炸药的模型建立阶段、PBX炸药的缺陷设置阶段及PBX炸药的模拟压制阶段;其中在PBX炸药的模型建立阶段把炸药颗粒近似为圆形,每个炸药颗粒外层都包裹一层粘结剂,颗粒尺寸大小不一,颗粒位置随机分布;PBX炸药的模型建立后,在炸药颗粒内部预制缺陷,缺陷的数量、大小和位置随机分布;在PBX炸药的模拟压制阶段,分析缺陷的传播路径和初始细观缺陷对PBX炸药力学性能的影响。

【技术特征摘要】
1.一种PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其特征在于,包括PBX炸药的模型建立阶段、PBX炸药的缺陷设置阶段及PBX炸药的模拟压制阶段;其中在PBX炸药的模型建立阶段把炸药颗粒近似为圆形,每个炸药颗粒外层都包裹一层粘结剂,颗粒尺寸大小不一,颗粒位置随机分布;PBX炸药的模型建立后,在炸药颗粒内部预制缺陷,缺陷的数量、大小和位置随机分布;在PBX炸药的模拟压制阶段,分析缺陷的传播路径和初始细观缺陷对PBX炸药力学性能的影响。2.根据权利要求1所述的PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其特征在于,所述PBX炸药的模型建立阶段采用Nairn-mpm模拟软件进行模拟。3.根据权利要求2所述的PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其特征在于,所述PBX炸药模型建立阶段的炸药颗粒根据PBX炸药细观结构显微照片得到。4.根据权利要求3所述的PBX炸药颗粒压制成型过程中细观损伤的数值模拟研究方法,其特征在于,生成炸药颗粒位置的步骤为:1)、确定炸药颗粒所在区域的坐标范围;2)、根据实际情况设定炸药颗粒的最大半径r1、最小半径r2和粘结剂的厚度h;3)、在炸药颗粒应在区域中使用随机函数确定一个点的坐标,以该坐标为圆心,分别画半径为r=r1的圆和半径为(r+h)的圆;4)、判断步骤3)中的圆是否...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐红卢国丽付先进袁帅豆育升
申请(专利权)人:重庆邮电大学
类型:发明
国别省市:重庆;50

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