一种活性毁伤元能量释放特性分析方法技术

本发明专利技术具体是一种活性毁伤元能量释放特性分析方法，其目的是针对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究问题，基于AUTODYN软件的二次开发功能，编写适用于活性材料的状态方程、点火模型及整体反应度计算子程序，然后通过数值模拟获得活性材料弹丸在高速侵彻过程中压力、温度及反应度等参量随时间的变化，从而实现对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究。采用数值模拟获得的活性弹丸整体反应度与试验中产生的火光强度变化趋势一致，得到的温度与理论分析及相关文献中报道的结果也基本一致，本发明专利技术采用的数值模拟方法具有较高的可信度，可为活性材料弹丸在高速撞击过程中冲击/爆燃释能的定量分析提供一种重要的研究手段。段。段。

【技术实现步骤摘要】
一种活性毁伤元能量释放特性分析方法


[0001]本专利技术涉及金属粉末制品及其性能表征领域，具体是一种活性毁伤元能量释放特性分析方法。

技术介绍

[0002]氟聚物基活性材料是一类新型含能复合材料，当其以一定速度碰撞目标时，既有良好的动能侵彻能力，又能在强冲击下发生非自持爆炸反应，从而在动能侵彻和内爆两种毁伤机理的联合作用下，实现对目标的高效打击和毁伤，使弹药战斗部的终端毁伤效能获得大幅度提升。活性材料技术作为当前高效毁伤领域的热点研究方向之一，受到了世界各国的广泛关注和深入研究。
[0003]数值模拟作为一种重要的研究手段，在活性材料的毁伤效应研究中发挥着重要的作用。选用合适的材料模型是确保数值模拟有效性的关键，但是由于缺乏一个有效的、统一的材料模型，目前在模拟活性材料侵彻/爆燃行为时通常将整个过程分为惰性侵彻与化学爆破两个阶段：首先将活性材料作为惰性材料处理，然后通过在某个时间点人为地加入添加起爆点的方法研究它的化学爆破行为。事实上，活性材料的能量释放是侵彻/爆燃高度耦合的过程，起爆位置具有很强的随机性，采用人为添加起爆点的方式与实际的释能过程存在较大差异。
[0004]针对活性材料撞击点火释能的特点，基于Autodyn软件材料模型的二次开发，通过增加参数可调的点火准则实现对活性材料侵彻/爆燃耦合行为的数值模拟，对揭示活性材料能量释放机理具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究问题，基于AUTODYN软件的二次开发功能，编写适用于活性材料的状态方程、点火模型及整体反应度计算子程序，然后通过数值模拟获得活性材料弹丸在高速侵彻过程中压力、温度及反应度等参量随时间的变化，从而实现对活性材料冲击/爆燃释能行为的定量研究。
[0006]AUTODYN是一款功能强大的显式有限元分析软件，软件自身含有丰富的材料库，并允许添加用户自定义材料模型。AUTODYN软件为用户二次开发提供了Autodyn user_subroutines文件包，该文件包中的mdeos_user_1.f90、mdero_user_1.f90、mdfai_user_1.f90、mdstr_user_1.f90文件分别对应材料的状态方程、侵蚀模型、失效模型及强度模型，用户需要在Visual Studio软件中以FORTRAN语言编写相应的子程序以满足不同的数值模拟需求。
[0007]通过编写mdeos_user_1.f90子程序将活性材料冲击/爆燃一体化材料模型嵌入到AUTODYN软件中，在编译生成后的AUTODYN用户自定义程序中即可使用该材料模型。此外，通过对usrsub2.f90子程序的编写，实现了对活性材料实时整体反应度的提取。
[0008]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0009]一种活性毁伤元能量释放特性分析方法，所述方法采用如下步骤实现的：
[0010]步骤一：检查当前循环是否是第一个循环，如果是，则对计算过程中所使用到的变量赋初值；如果不是，则从前一循环中提取变量的值；
[0011]步骤二：采用公式(1)更新温度；
[0012]C
v
dT＝
‑
(P+J+q)dv+W
plastic
ꢀꢀ
(1)
[0013]式中，C
v
为比热，T为温度，P为压力，q为人工粘度，W
plastic
为塑性功，J为内能对体积的一阶偏导数；
[0014]步骤三：根据当前反应度F的值计算粒子的压力与声速；如果F＝0，采用反应物的状态方程计算粒子的压力与声速；如果0<F<1，采用混合准则计算粒子的压力与声速；如果F＝1，采用反应产物的状态方程计算粒子的压力与声速；
[0015]步骤四：判断是否达到点火条件，如果达到点火条件，则采用公式(2)更新反应度F；如果未达到点火条件则保持原有的反应度值不变；
[0016]dF/dt＝I(1
‑
F)
b
(ρ/ρ0‑1‑
a)
x
+G1(1
‑
F)
c
F
d
P
y
+G2(1
‑
F)
e
F
g
P
z
ꢀꢀ
(2)
[0017]式中，a为发生点火的最小压缩度；I和x为点火控制参量；b、c和e为反应进行方向控制参数；G1、d和y为点火后早期增长反应控制参数；G2、g和z为高压反应控制参数；ρ为密度；ρ0为初始密度；
[0018]更新反应度F时，如果压缩度ρ/ρ0‑
1大于最小压缩度a则点火，如果压缩度ρ/ρ0‑
1小于最小压缩度a则不点火；
[0019]步骤五：采用公式(3)更新温度，采用公式(4)更新粒子内能；
[0020]C
v
dT＝
‑
HdF
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]E(V,T,F)＝(1
‑
F)E
u
+FE
p
+(1
‑
F)Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0022]式中，H为内能对反应度的一阶偏导数，E
u
为反应物的内能，E
p
为反应产物的内能，Q为活性材料的爆热；
[0023]步骤六：遍历所有的粒子，获得活性材料在当前循环中的整体反应度；
[0024]步骤七：计算下一循环。
[0025]进一步地，所述方法是通过对mdeos_user_1.f90文件的重新编写实现的。
[0026]进一步地，步骤一中，所述参数包括压力、内能、温度、反应度。
[0027]进一步地，步骤三中，反应物的状态方程为冲击状态方程或JWL状态方程，反应产物的状态方程为JWL状态方程或其它可以描述爆炸行为的状态方程；混合准则为根据反应物、反应产物的占比，分别选择反应物的状态方程、反应产物的状态方程进行计算。
[0028]进一步地，步骤四中，是否达到点火条件的判断是通过更新点火表达式来实现的，所述点火表达式为公式(5)与公式(6)；
[0029]t
a
(σ
‑
σ
TS
)
b
＝c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]T＝T
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0031]式中，t为点火延迟时间，σ
TS
为发生点火需要的最小应力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性毁伤元能量释放特性分析方法，其特征在于：所述方法采用如下步骤实现的：步骤一：检查当前循环是否是第一个循环，如果是，则对计算过程中所使用到的变量赋初值；如果不是，则从前一循环中提取变量的值；步骤二：采用公式(1)更新温度；C
v
dT＝
‑
(P+J+q）dv+W
plastic
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，C
v
为比热，T为温度，P为压力，q为人工粘度，W
plastic
为塑性功，J为内能对体积的一阶偏导数；步骤三：根据当前反应度F的值计算粒子的压力与声速；如果F＝0，采用反应物的状态方程计算粒子的压力与声速；如果0<F<1，采用混合准则计算粒子的压力与声速；如果F＝1，采用反应产物的状态方程计算粒子的压力与声速；步骤四：判断是否达到点火条件，如果达到点火条件，则采用公式(2)更新反应度F；如果未达到点火条件则保持原有的反应度值不变；dF/dt＝I(1
‑
F)
b
(ρ/ρ0‑1‑
a)
x
+G1(1
‑
F)
c
F
d
P
y
+G2(1
‑
F)
e
F
g
P
z
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，a为发生点火的最小压缩度；I和x为点火控制参量；b、c和e为反应进行方向控制参数；G1、d和y为点火后早期增长反应控制参数；G2、g和z为高压反应控制参数；ρ为密度；ρ0为初始密度；更新反应度F时，如果压缩度ρ/ρ0‑
1大于最小压缩度a则点火，如果压缩度ρ/ρ0‑
1小于最小压缩度a则不点火；步骤五：采用公式(3)更新温度，采用公式(4)更新粒子内能；C
v
dT＝
‑
HdF
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)E(V,T,F)＝(1
‑
F)E
u
+FE
p
+(1
‑
F)Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建光，陈永康，肖友霖，刘腾飞，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：