一种推进剂细观力学性能研究方法技术

本发明专利技术公开了一种推进剂细观力学性能研究方法，属于细观力学技术领域，方法包括：利用分子动力学方法，构建推进剂细观颗粒填充模型；利用网格划分工具，对所述推进剂细观颗粒填充模型进行多边形网格划分，获取推进剂细观多边形网格模型；设计推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度计算方案；基于所述推进剂细观多边形网格模型，结合所述推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度计算方案，对推进剂进行应力松弛仿真测试，实现推进剂细观力学性能研究。该方法能够高效地应对推进剂复杂的细观几何模型，实现推进剂细观力学性能研究。实现推进剂细观力学性能研究。实现推进剂细观力学性能研究。

【技术实现步骤摘要】
一种推进剂细观力学性能研究方法


[0001]本专利技术涉及一种推进剂细观力学性能研究方法，属于细观力学


技术介绍

[0002]固体导弹高装填、长寿命以及大射程的发展方向对固体推进剂的力学性能提出了更高的要求。
[0003]当前，固体推进剂的研制还是采用半经验半理论的研究方法，难以开展推进剂力学性能的定制研发。另一方面，推进剂细观力学性能预示方法为推进剂的组分设计提供了研究思路。但是，传统的有限元方法在处理推进剂的细观力学性能预示方面需要花费大量的时间进行网格划分，并且难以得到很好的网格划分效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种推进剂细观力学性能研究方法，能够高效地应对推进剂复杂的细观几何模型，实现推进剂细观力学性能研究。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种推进剂细观力学性能研究方法，包括：
[0007]利用分子动力学方法，构建推进剂细观颗粒填充模型；
[0008]利用网格划分工具，对所述推进剂细观颗粒填充模型进行多边形网格划分，获取推进剂细观多边形网格模型；
[0009]计算推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度；
[0010]基于所述推进剂细观多边形网格模型，结合所述推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度，对推进剂进行应力松弛仿真测试，实现推进剂细观力学性能研究。
[0011]进一步的，利用分子动力学方法，构建推进剂细观颗粒填充模型包括：
[0012]根据推进剂的体分比，确定推进剂颗粒的数量N；
[0013]在推进剂细观尺寸的坐标范围内，撒下N个初始半径为0的颗粒；
[0014]使各所述颗粒以预设定的速度增长，直到其半径增长到设计值为止，以构成推进剂细观颗粒填充模型。
[0015]进一步的，以所述推进剂细观颗粒填充模型的中心为原点，构建空间直角坐标系，各所述颗粒的无量纲坐标范围为[
‑
1,1]，设第i个颗粒的边界顶点坐标为η
i
，若η
i
>1，则令η
i
＝η
i
‑
2，若η
i
<
‑
1，则令η
i
＝η
i
+2。
[0016]进一步的，利用网格划分工具，对所述推进剂细观颗粒填充模型进行多边形网格划分，获取推进剂细观多边形网格模型包括：
[0017]将所述推进剂细观颗粒填充模型由二维拉伸至三维，获取三维几何模型；
[0018]采用ANASYS fluent meshing网格划分工具，对所述三维几何模型进行多边形网格划分；
[0019]对经过多边形网格划分的三维几何模型进行多面体表面信息提取，获取推进剂细
观多边形网格模型。
[0020]进一步的，计算推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度包括：
[0021]定义一个从虚单元空间到单元多项式空间的映射算子；
[0022]利用所述映射算子，获取基函数和单元刚度矩阵的表达式；
[0023]根据所述基函数和单元刚度矩阵的表达式，计算推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度。
[0024]进一步的，所述映射算子对于虚单元空间中的每一个函数都有如公式(1)所示的正交关系：
[0025][0026]公式(1)中，P
k
(E)为单元多项式空间，p
k
为单元多项式空间P
k
(E)的一个子集，为映射算子，v
h
为虚单元空间V
k
(E)中的任意一个函数，E为单元区域。
[0027]进一步的，所述基函数的表达式如公式(2)所示：
[0028][0029]公式(2)中，为基函数，i为基函数的序数；
[0030]所述刚度矩阵的表达式如公式(3)所示：
[0031][0032]公式(3)中，K
E
为刚度矩阵，I为单位矩阵，为第一辅助矩阵，G为第二辅助矩阵。
[0033]进一步的，对推进剂进行应力松弛仿真测试包括：
[0034]约束所述推进剂细观多边形网格模型底部纵向位移和左侧横向位移，在所述推进剂细观多边形网格模型顶部施加5％的纵向阶跃应变，并保持1000s；
[0035]根据所述推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度，计算所述推进剂细观多边形网格模型的平均应力和平均应变；
[0036]根据所述推进剂细观多边形网格模型的平均应力和平均应变，计算不同代表体积单元尺寸下推进剂的松弛模量；
[0037]减小所述代表体积单元的尺寸，直至所述松弛模量的相对误差超过5％为止；
[0038]根据各所述松弛模量，实现推进剂细观力学性能研究。
[0039]进一步的，所述推进剂细观多边形网格模型的平均应力为所述推进剂细观多边形网格模型各节点应力的平均值，所述推进剂细观多边形网格模型的平均应变为所述推进剂细观多边形网格模型各节点应变的平均值。
[0040]进一步的，所述代表体积单元为从复合材料整体中提取的用于研究复合材料性能的微小结构。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0042]与传统的有限元方法相比，本专利技术能够高效地应对推进剂复杂的细观几何模型。在自由度总数相同的条件下，本专利技术能够构建更多的实体单元用于推进剂细观几何建模。
附图说明
[0043]图1是本专利技术实施例提供的一种推进剂细观力学性能研究方法流程图；
[0044]图2是本专利技术实施例提供的颗粒发生“压线”事件时的示意图；
[0045]图3是本专利技术实施例提供的推进剂细观颗粒填充模型示意图；
[0046]图4是本专利技术实施例提供的三维几何模型示意图；
[0047]图5是本专利技术实施例提供的三维几何模型多边形网格划分示意图；
[0048]图6是本专利技术实施例提供的推进剂细观多边形网格模型示意图；
[0049]图7是本专利技术实施例提供的推进剂细观结构松弛到1000s时刻的轴向应力云图。
具体实施方式
[0050]下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0051]下面详细描述本专利的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0052]实施例一：
[0053]图1是本专利技术实施例一提供的一种推进剂细观力学性能研究方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本专利技术其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
[0054]参见图1，本实施例的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，包括：利用分子动力学方法，构建推进剂细观颗粒填充模型；利用网格划分工具，对所述推进剂细观颗粒填充模型进行多边形网格划分，获取推进剂细观多边形网格模型；计算推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度；基于所述推进剂细观多边形网格模型，结合所述推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度，对推进剂进行应力松弛仿真测试，实现推进剂细观力学性能研究。2.根据权利要求1所述的推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，利用分子动力学方法，构建推进剂细观颗粒填充模型包括：根据推进剂的体分比，确定推进剂颗粒的数量N；在推进剂细观尺寸的坐标范围内，撒下N个初始半径为0的颗粒；使各所述颗粒以预设定的速度增长，直到其半径增长到设计值为止，以构成推进剂细观颗粒填充模型。3.根据权利要求2所述的推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，以所述推进剂细观颗粒填充模型的中心为原点，构建空间直角坐标系，各所述颗粒的无量纲坐标范围为[
‑
1,1]，设第i个颗粒的边界顶点坐标为η
i
，若η
i
>1，则令η
i
＝η
i
‑
2，若η
i
<
‑
1，则令η
i
＝η
i
+2。4.根据权利要求1所述的推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，利用网格划分工具，对所述推进剂细观颗粒填充模型进行多边形网格划分，获取推进剂细观多边形网格模型包括：将所述推进剂细观颗粒填充模型由二维拉伸至三维，获取三维几何模型；采用ANASYS fluent meshing网格划分工具，对所述三维几何模型进行多边形网格划分；对经过多边形网格划分的三维几何模型进行多面体表面信息提取，获取推进剂细观多边形网格模型。5.根据权利要求1所述的推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，计算推进剂弹性颗粒刚度和粘弹性基体刚度包括：定义一个从虚单元空间到单元多项式空间的映射算子；利用所述映射算子，获取基函数和单元刚度矩阵的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔辉如，金波，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：