一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法，包括如下步骤：步骤1：确定PBX细观结构的二维模型边界范围，在此范围内，随机生成N个离散点，自动构建三角网，形成传统的Voronoi模型，获取每个晶粒的顶点；步骤2：定义偏移函数，给定粘结剂的初始宽度，调整晶粒顶点，将其向中心点偏移，获取偏移顶点后的细观结构模型；步骤3：计算晶体含量，及其与目标晶体含量的偏差；步骤4：获取指定晶体含量PBX材料晶粒及其顶点坐标，确定最终的数值，在有限元软件中建立指定晶体含量的PBX炸药细观结构模型。该方法可以快速生成指定晶体含量的PBX材料的模型，描述PBX材料晶粒间的粘结剂成分，同时可以构建与真实PBX形貌相一致的细观结构，为后续进行PBX细观结构分析提供模型输入。进行PBX细观结构分析提供模型输入。进行PBX细观结构分析提供模型输入。
【技术实现步骤摘要】
一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法
(一)
：
[0001]本专利技术涉及一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法，属于复合材料细观结构建模
(二)
技术介绍
：
[0002]高分子粘结炸药(PBX)，又称塑性粘结炸药，是一种将爆炸性粉末用合成高分子聚合物粘结在一起的爆炸性复合材料。由于其具有良好的爆轰性能，广泛用于军事和民用工业中。 PBX中含有大量随机分布的晶粒，增强了基体的物理力学性能,晶粒的性质、粒径、形状、分级、体积分数等决定材料整体的力学性能，而晶粒之间的粘结剂，在一定程度上影响着材料整体的力学性能。
[0003]PBX在细观尺度上是一种典型的随机异质材料，该材料细观结构的特点既涵盖细观尺度结构的复杂性与随机性，又需要考虑如何将其应用到连续介质计算中。 PBX是由含能颗粒夹杂于聚合物粘结剂中，聚合物粘结剂由塑化剂、固化催化剂、反应物、铝粉等组成。粘结剂使得PBX相对于传统炸药爆炸反应更加迅速。而且 PBX颗粒是典型的不规则多面体，它的微观结构会直接影响断裂行为，建立与真实结构相一致的PBX模型，对研究其力学行为十分重要。
[0004]目前，PBX的细观几何模型主要为：二维的圆形颗粒与六边形颗粒分布、三维的圆形颗粒分布，这些模型并不能反映PBX颗粒特征。传统的Voronoi建模方法虽然考虑了多晶材料的颗粒分布，但无法描述粘结剂的占比，且难以给出指定晶体含量的PBX细观结构模型。
[0005]从SEM扫描的PBX细观结构图中能够看到PBX呈多层状，不规则分布于聚合物中，本专利技术提出了基于传统Voronoi模型的晶界平移算法，针对目标晶体含量，构建了满足特定偏差要求的PBX材料细观建模流程，形成了一种指定晶体含量的 PBX材料细观结构建模方法，构建了与真实PBX相一致的细观结构，为后续进行 PBX细观结构分析提供模型输入。
(三)
技术实现思路
：
[0006]1、目的：本专利技术的目的在于：提出一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法，不仅可以生成指定晶体含量的PBX材料的模型，同时也可以构建与真实PBX形貌相一致的细观结构。
[0007]2、技术方案：基于传统Voronoi模型，建立PBX材料的晶界平移算法，通过调整粘结剂的尺寸l
c
，生成指定晶体含量的PBX材料细观结构，该方法可以描述PBX材料晶粒间的粘结剂成分，为后续进行PBX细观结构分析提供模型输入。它包括如下步骤：
[0008]步骤1：确定PBX细观结构的二维模型边界范围，设PBX材料细观结构在x轴、y轴的范围，x∈[X0,X1]，y∈[Y0,Y1]，其中X0为该结构的左边界，X1为该结构的右边界，Y0为该结构的下边界，Y1为该结构上边界。在此范围内，随机生成N个离散点，其中N为PBX材料中的晶粒数量。由这些离散点自动构建三角网，计算每个三角形的外接圆圆心，寻找与三角形三边共
边的相邻三角形，若存在，则把该三角形的外心与相邻三角形的外心连接，否则取最外边的中垂线射线作为晶粒边界，形成传统的Voronoi模型并提取每个晶粒的顶点。
[0009]步骤2：定义偏移函数，设晶粒某一顶点为A，相邻两个顶点分别为B和C；
[0010]①
向量表示：
[0011]AB＝((x
B
‑
x
A
),(y
B
‑
y
A
))
[0012]AC＝((x
C
‑
x
A
),(y
C
‑
y
A
))
[0013]其中，x、y分别表示横纵坐标的数值。
[0014]②
求两点之间的距离为：
[0015][0016][0017]③
求AB和AC之间的角度：
[0018]AB
·
AC＝x
AB
×
x
AC
+y
AB
×
y
AC
[0019][0020]④
求偏移的距离：
[0021][0022]其中，l
c
为粘结剂的宽度。
[0023]⑤
求偏移的方向：
[0024]将向量AB、AC归一化：
[0025][0026][0027]偏移方向为：
[0028][0029][0030]⑥
求偏移后的坐标：
[0031][0032][0033]偏移后的点为：
[0034]A
′
＝(x
A
′
,y
A
′
)
[0035]给定粘结剂的初始宽度l
c
＝l
c0
，调整晶粒顶点，将其向中心点偏移，获取偏移顶点后的细观结构模型。
[0036]步骤3：计算晶体含量C：
[0037]C＝A/S
[0038]其中A为晶粒面积，S为所生成模型的总面积。
[0039]计算C与目标晶体含量C0的偏差σ：
[0040][0041]若偏差值小于0.01且大于
‑
0.01，进入步骤4；若偏差值大于等于0.01，增大l
c
，返回步骤 2继续计算；若偏差值大于等于
‑
0.01，减小l
c
，返回步骤2继续计算。
[0042]步骤4：获取指定晶体含量的PBX模型的晶粒顶点坐标，确定最终l
c
的数值，在有限元软件中建立指定晶体含量的PBX炸药细观结构模型。
[0043]本专利技术提供了一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法，其优点主要有：PBX在晶粒之间存在粘结剂，通过将晶粒顶点偏移小段距离l
c
的方法，在传统Voronoi模型的基础上生成带有粘结剂的PBX材料细观结构，解决了传统Voronoi模型无法准确描述PBX材料晶粒间的粘结剂成分的问题，使其更精确的反映复合材料的颗粒特征，为后续进行PBX细观结构分析提供模型输入。
(四)附图说明：
[0044]图1是本专利技术中生成指定晶体含量的PBX材料细观结构的建模流程图
[0045]图2是本专利技术在步骤1中偏移顶点的示意图
[0046]图3是本专利技术偏移顶点前和偏移顶点后的Voronoi模型图
[0047]图4是本专利技术导入到有限元软件中的Voronoi模型图
[0048]图5是本专利技术中PBX仿真模型和真实形貌对比图图2中标号及符号说明如下：Δd为偏移距离 A为偏移前的顶点 A
’
为偏移后的顶点图4中标号及符号说明如下： C为晶界所占的比例。
(五)具体实施方式：
[0049]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。
[0050]针对目标晶体含本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种指定晶体含量的PBX材料细观结构建模方法，其特征在于：基于传统Voronoi模型，建立PBX材料的晶界平移算法，通过调整粘结剂的尺寸lc，生成指定晶体含量的PBX材料细观结构，该方法可以描述PBX材料晶粒间的粘结剂成分，为后续进行PBX细观结构分析提供模型输入。它包括如下步骤：步骤1：确定PBX细观结构的二维模型边界范围，在此范围内，随机生成N个离散点，自动构建三角网，形成传统的Voronoi模型获取每个晶粒的顶点；步骤2：定义偏移函数，给定粘结剂的初始宽度l
c
，调整晶粒顶点，将其向中心点偏移，获取偏移顶点后的细观结构模型；步骤3：计算晶体含量C，及其与目标晶体含量C0的偏差σ；步骤4：获取指定晶体含量PBX材料晶粒及其顶点坐标，确定最终l
c
的数值(l
c
＝l
c0
)，在有限元软件中建立指定晶体含量的PBX炸药细观结构模型。2.根据权利要求1所述的确定PBX细观结构的二维模型边界范围，其特征在于：在步骤1中设PBX材料细观结构在x轴、y轴的范围，x∈[X0,X1]，y∈[Y0,Y1]，其中X0为该结构的左边界，X1为该结构的右边界，Y0为该结构的下边界，Y1为该结构上边界。3.根据权利要求1所述的形成传统的Voronoi模型，其特征在于：在步骤1确定的PBX细观结构二维模型边界范围内，随机生成N个离散点，其中N为PBX材料中的晶粒数量。由这些离散点自动构建三角网，计算每个三角形的外接圆圆心，寻找与三角形三边共边的相邻三角形，若存在，则把该三角形的外心与相邻三角形的外心连接，否则取最外边的中垂线射线作为晶粒边界，形成传统的Voronoi模型并提取每个晶粒的顶点。4.根据权利要求1所述的调整晶粒顶点，将其向中心点偏移，其特征在于：在步骤2中定义偏移函数，其中定义偏移函数时，设晶粒某一顶点为A，相邻两个顶点分别为B和C；
①
向量表示：AB＝((x
...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙旭，朱佳琦，苏昱太，刘永超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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