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利用Digimat快速评估聚合物炸药的材料性能

作者:Simwe    来源:MSC    发布时间:2017-06-23    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

综述:
       
高聚物粘结炸药PBX是现代火箭推进剂及爆破物的主要成分。他是以TATB为主体,加入粘结剂粉末压制成形的复合材料,由于具有优异的力学性能和安全性能而得到广泛应用。通过Digimat-FE可以快速评估组成成分对炸药性能的影响。
主要亮点:
应用产品:Digimat-FE
行业:军工领域
具体应用:快速评估材料新能
 
挑战:
        TATB基PBX内部包含着大量不规则、跨尺度的孔隙,研究孔隙对TATB基PBX力学性能的影响规律,对认识炸药的承载能力和结构失效机制均具有重要意义。由于孔隙结构形态复杂且无序分布,再加上目前实验手段的限制,难以从实验上建立孔隙与PBX宏观力学性能的定量关系。以材料微观结构为基础的热力学数值预测模型,用代表体积元法(Representative Volume Element,RVE)可有效解决这个问题。采用Digimat-FE模块中的RVE建模方法,可以快速建立了填充相、基体相和气孔相三相有限元计算模型
Digimat-FE 示意图
 
具体操作流程:
        首先对材料特性进行设定,包括Binder和TATB材料特性以及TATB作为夹杂项的设定,和气泡作为夹杂相的设定。在Digimat-FE中,可以直接在geometry当中生成几何模型PBX代表体单元模型,其中TATB体积分数设定为70%,孔隙度设定为5%,红色为TATB,灰色为空穴,基材为粘结剂,可以从生成的下表中看出实际生成的TATB体积分数为0.692509,空穴的体积分数为0.0500096,与设定误差非常小。
材料组成及RVE微结构设置生成
RVE单元各相体积分数比
 
        然后利用内置前处理划分网格。20秒钟后,系统自动几何网格,并划分合适的网格。
 
        接下来需要划分设定载荷,FE当中支持内部设定载荷,可以设定轴向,双轴,剪切等载荷类型。这里我们设置沿x轴拉伸。加载类型为应变加载,峰值为0.3。

        然后就可以得到分析的结果,例如应力分布,位移分布云图等必要信息:

 
        如果需要计算它的工程常数,亦无需通过结果进行手算推导,在Digimat-FE下我们可以在载荷加载时做如下设定,选择automatic properties evaluation,这里我们还可以快速计算计算E1,nu12,nu23,然后提交计算,我们可以获得以下工程常数。

   
        从建模到到工程常数的提取,仅仅只需要10分钟不到的时间就可以完成。
 
结论:
使用Digimat-Fe的先进技术可以快速提高仿真预测:
---快速生成代表性单元RVE
---快速生成网格并求解
---自动化生成属于材料参数
能够快速的结构计算整合到PBX的迭代中,不会影响交付日期。



 
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