本发明专利技术提出一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性表征方法，是在利用间接法对复合固体推进剂进行细观建模的技术框架下，按照“中间补全材质信息、后端建立均匀表征”的设计思路，厘清与现有技术的边界，通过补全常规配方及新型配方的“真实”建模最后一个环节，解决了现有复合固体推进剂细观建模间接法不能标注填料颗粒材质信息的不足；同时根据材质信息引入后填充颗粒在细观模型中的空间分布，建立了均匀性表征这一新的技术手段，将使复合固体推进剂的细观建模更加真实高效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合固体推进剂细观结构建模研究领域，具体涉及一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性表征方法。
技术介绍
1、复合固体推进剂是固体火箭发动机(简称固体发动机)贮存化学能的载体，其力学性能研究是支撑固体发动机装药设计和贮存可靠性研究等工作的基础。复合固体推进剂由粘合剂基体和铝粉(al)颗粒、高氯酸铵(ap)颗粒等经物理混合和化学键合制成，al颗粒和ap颗粒统称为填料占到复合固体推进剂质量的85％以上；填料粒径处于数十微米至数百微米，且同类填料自身存在大小名义粒径的级配组合，以ap为例，一般采用粗细组合方式，粗粒、细粒的粒径均按正态分布，但平均粒径分别处于200微米、50微米左右。
2、为研究复合固体推进剂的力学性能，行业内发展了微观、细观、宏观等不同尺度下的系列方法。细观尺度上，涉及微米级填料颗粒形貌及变形行为的实验观测、细观尺度力学行为仿真等，细观建模则是开展细观尺度力学行为仿真的基础。王稼祥等人的研究指出：在细观模型建立方面，重点在于实现代表性体积单元的高效真实重构【王稼祥，强洪夫，王哲君.复合固体推进剂细观力学研究进展[j].固体火箭技术,2020,43(6):788-798.doi:10.7673/j.issn.1006-2793.2020.06.014.】。高效真实重构的基本要求下，高效是指控制建模过程中填料颗粒重叠检测等引起的迭代次数及整体规模，真实是指对填料颗粒外形轮廓(非球型的外凸与内凹、局部尖角的钝化)、多材质(al、ap)及多级配约束下高填充比(质量占比85％以上)等细节的复现。
3、截至目前，行业内相继发展了两类技术路线。技术路线1为直接法：以复合固体推进剂真实材料的微型ct照片为基础，首先归纳其填料颗粒的粒径、轮廓等细观结构特征；随后结合多向沉降等填料识别算法，可构造多级配、高填充比的细观模型【申柳雷，基于vcfem的复合固体推进剂力学性能预示与设计方法研究，国防科技大学博士学位论文，2020】。技术路线2为间接法，一般首先考虑填料颗粒的非球型等轮廓特征，在填料颗粒数字化描述的基础上，首先基于随机序列吸附等生成填充比较低的中间态模型，再结合热膨胀、重力场耦合等比拟处理提升填充比，从而以分步实施的策略获得高填充比的细观模型【张超，侯俊玲，李群.复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征[j].固体火箭技术，2020，43(4):423-431.doi:10.7673/j.issn.1006-2793.2020.04.003.】。
4、上述间接法具有不依赖ct等物理实验、综合成本低的优势，可通过批量建模制导复合固体推进剂的配方设计等工作。总体来看，间接法解决了复合固体推进剂建模对其填料颗粒轮廓特征以及多级配、高填充比的真实重构，也结合热膨胀、重力场耦合等方式解决了重叠检测等带来的耗时过长等问题。不足在于，尚未引入al、ap等材质的差异；随着新型复合固体推进剂的发展，填料颗粒的材质逐渐发展至al、ap、rdx(炸药)等更多种类，上述不足引起的建模失真问题会更为突出。
技术实现思路
1、针对上述间接法存在的不足之处，本专利技术提出一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性表征方法，是在利用间接法对复合固体推进剂进行细观建模的技术框架下，按照“中间补全材质信息、后端建立均匀表征”的设计思路，厘清与现有技术的边界，通过补全常规配方及新型配方的“真实”建模最后一个环节，解决了现有复合固体推进剂细观建模间接法不能标注填料颗粒材质信息的不足；同时根据材质信息引入后填充颗粒在细观模型中的空间分布，建立了均匀性表征这一新的技术手段。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性表征方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
4、步骤1：填料颗粒材质信息的注入
5、(1)所有填料颗粒的初始信息编组
6、1-1)设共有m种填料，其材质代号依次为sp-1、sp-2、…sp-m；
7、1-2)定义各种填料对应的颗粒数量依次为n-1、n-2、…n-m；
8、1-3)定义填料sp-i(i＝1，2，…m)中每一个颗粒的信息由数组iop进行表征：
9、iop1×n＝[sp-i，con(i,j)，loc(i,j)] j＝1，2，…n-m (1)
10、其中：
11、sp-i是第i填料的材质代号；
12、con(i,j)是材质代号i的填料中序号为j的颗粒的轮廓参数；
13、loca(i,j)是材质代号i的填料中序号为j的颗粒坐标，初始值为loca(i,j)＝(0,0,0)
14、(2)所有填料颗粒的投放控制
15、2-1)定义总体控制因子flan为n-1、n-2、…n-m的最大公约数；对于无法取整的情况，按向下取整；
16、2-2)定义各种填料对应的控制因子：
17、fla-i＝int(n-i/flan) i＝1，2，…m (2)
18、2-2)按照下列顺序进行颗粒投放前的组合式抽取：
19、第1填料抽取fla-1个，
20、第2填料抽取fla-2个，
21、…
22、第i填料抽取fla-i个，
23、…
24、第m填料抽取fla-m个。
25、按间接法依次对抽取出的颗粒进行投放、重叠检测等操作，生成细观模型，并将各颗粒的坐标同步更新至公式(1)所述数组iop的loca(i,j)。
26、2-3)步骤2-2)完成后，从第i种填料剩余的(n-i-fla-i)中再抽取fla-i个，i＝1，2，…m；按间接法依次对抽取出的颗粒进行投放、重叠检测等操作，生成细观模型，并将各颗粒的坐标同步更新至公式(1)所述数组iop的loca(i,j)。
27、各种填料中最后剩余的所有颗粒，按间接法依次对抽取出的颗粒进行投放、重叠检测等操作，生成细观模型，并将各颗粒的坐标同步更新至公式(1)所述数组iop的loca(i,j)。
28、步骤2：填料颗粒空间分布的表征
29、(1)各颗粒空间位置的加权处理
30、1-1)设细观模型(一般为立方体)质心坐标依次为x0、y0、z0；
31、1-2)对于材质代号sp-i的填料的n-i个颗粒，定义其质心因子l-i如下：
32、l-i(1)＝[∑loca(i,j)(1)—∑v(i,j)×loca(i,j)(1)]/n-m j＝1，2，…n-m (3)
33、l-i(2)＝[∑loca(i,j)(2)—∑v(i,j)×loca(i,j)(2)]/n-m j＝1，2，…n-m (4)
34、l-i(3)＝[∑loca(i,j)(3)—∑v(i,j)×loca(i,j)(3)]/n-m j＝1，2，…n-m (5)
35、(2)对于材质代号i的填料，定义其空间本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性表征方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种用于复合固体推进剂细观建模的均匀性...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵玖玲，强洪夫，吕秋娟，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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