【摘要】：含能材料作為壓制高聚物粘接炸藥的關(guān)鍵材料,其力學(xué)性能和損傷對(duì)炸藥的設(shè)計(jì)、制備、起爆性能和安全性能都具有重要影響。含能材料在壓制過(guò)程中會(huì)發(fā)生形變、溫升和應(yīng)力變化等各種力學(xué)行為,而這些動(dòng)態(tài)力學(xué)行為是導(dǎo)致炸藥爆炸的源頭。由于炸藥的壓制是在密閉的容器中進(jìn)行,通過(guò)實(shí)驗(yàn)只能得到最終結(jié)果,中間過(guò)程很難被觀察到。因此,采用數(shù)值計(jì)算方法模擬含能材料壓制過(guò)程,分析壓制過(guò)程中產(chǎn)生的力學(xué)性能成為研究含能材料力學(xué)性能的一種重要手段。目前常用的數(shù)值模擬方法有拉格朗日法和歐拉法,拉格朗日法在求解材料大變形問(wèn)題時(shí)背景網(wǎng)格單元會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的畸變和扭曲進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算精度下降,歐拉法在計(jì)算大變形問(wèn)題時(shí)不能清晰地表達(dá)材料邊界構(gòu)型。由于炸藥晶體顆粒的粒徑分布很廣,在亞微米到毫米之間,在空間上屬于細(xì)觀尺度,因此采用細(xì)觀尺度模型計(jì)算含能材料的力學(xué)性能有著重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。物質(zhì)點(diǎn)法在計(jì)算過(guò)程中將材料離散為許多質(zhì)點(diǎn),這些質(zhì)點(diǎn)攜帶了其所有的信息(位移、速度、應(yīng)力等),質(zhì)點(diǎn)在背景網(wǎng)格上的運(yùn)動(dòng)代表材料的形變,使用物質(zhì)點(diǎn)法可以避免網(wǎng)格畸變問(wèn)題,該方法非常適合處理材料大變形問(wèn)題。因此,文中采用物質(zhì)點(diǎn)法在細(xì)觀尺度下模擬研究含能材料在壓制過(guò)程中的形變、溫度變化、應(yīng)力變化及損傷情況。研究中發(fā)現(xiàn)了一些有意義的現(xiàn)象:結(jié)果顯示壓制過(guò)程中炸藥顆粒重新排列,顆粒間的空隙不斷減小且在相互擠壓過(guò)程中向兩側(cè)移動(dòng);大顆粒表面和微小顆粒處的溫度較其他部分明顯升高,空隙處的溫度相應(yīng)較低,體系總體溫度逐漸升高;體系內(nèi)部的應(yīng)力隨著壓制的進(jìn)行逐漸升高并形成應(yīng)力梯度,應(yīng)力以網(wǎng)格形狀從上至下傳播。模擬得到的炸藥密度與項(xiàng)目協(xié)作方提供的實(shí)驗(yàn)密度對(duì)比,結(jié)果表明在給定壓力的情況下,模擬得到的密度與實(shí)驗(yàn)得到的密度誤差小于5%,驗(yàn)證了模擬方法的有效性。最后研究顆粒內(nèi)部的裂紋對(duì)壓制過(guò)程的影響,模擬結(jié)果表明存在裂紋的顆粒容易被壓破,壓制帶有缺陷的顆粒比壓制完好的顆粒產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力小。本研究能夠?yàn)閴褐普ㄋ幍墓に囋O(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ560.1
【圖文】：

圖 2.1 拉格朗日網(wǎng)格2.1.2 歐拉法歐拉法也是一種網(wǎng)格方法，歐拉網(wǎng)格如圖 2.2 所示[29]，這種算法采用固定在空間中的坐標(biāo)系，網(wǎng)格固定不變，不隨物質(zhì)的移動(dòng)而變形，它們之間發(fā)生運(yùn)動(dòng)，因此沒(méi)有網(wǎng)格畸變問(wèn)題。各時(shí)刻物理量都是在空間點(diǎn)上計(jì)算的。歐拉法比較適合模擬大變形問(wèn)題，因此在計(jì)算流體力學(xué)中多采用歐拉法，早期用于沖擊爆炸問(wèn)題的流體力學(xué)程序也多采用歐拉方法。

圖 2.1 拉格朗日網(wǎng)格拉法法也是一種網(wǎng)格方法，歐拉網(wǎng)格如圖 2.2 所示[29]，這種算法采用標(biāo)系，網(wǎng)格固定不變，不隨物質(zhì)的移動(dòng)而變形，它們之間發(fā)生格畸變問(wèn)題。各時(shí)刻物理量都是在空間點(diǎn)上計(jì)算的。歐拉法比問(wèn)題，因此在計(jì)算流體力學(xué)中多采用歐拉法，早期用于沖擊爆程序也多采用歐拉方法。

型建立方法.1(a)為 PBX 實(shí)際的細(xì)觀結(jié)構(gòu)圖[34]，分析圖中 PBX 的組成成晶體顆粒之間，晶體顆粒的大小不同、形狀各異，分布無(wú)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特性，很難直接建立細(xì)觀結(jié)構(gòu)的幾何模型。因顆粒和粘接劑混合壓制而成，如果在細(xì)觀結(jié)構(gòu)下研究 PBX 為合理的細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型。的常用的模擬方法有代表性體積元(RVE)方法和圓形近似法整個(gè)復(fù)合材料體系看成是由于 RVE 周期性排列構(gòu)成，圓形顆粒近似為圓形。由于物體在占據(jù)相同空間大小的情況下為了使得體系中 HMX 顆粒具有較高的填充率，本文采用圓似為圓形，如圖 3.1(b)所示。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780198