含能材料力学性能的多尺度模拟系统开发

发布时间：2017-10-01 21:29

  本文关键词：含能材料力学性能的多尺度模拟系统开发

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【摘要】：数值模拟是含能材料力学性能研究的重要手段。常用的模拟软件中,分子动力学模拟能够模拟含能材料分子水平相关性质,但由于计算资源的限制,只限于研究尺度小于纳米的微观体系;物质点法能在接近含能材料颗粒的细观尺度上模拟其性质,但该方法还处于起步阶段,应用并不成熟;而有限元方法可以接近工程的宏观尺度上对含能材料的性质进行研究,但有着不能考虑含能材料微观结构的缺点,直接应用效果不佳。近年来,多尺度模拟方法受到广泛关注,这种方法能将各尺度下的性质联系起来,但尚未有成熟的软件,急需开发使用方便的多尺度模拟软件。针对上述问题,设计并实现了基于分步式模拟的含能材料力学性能的多尺度模拟系统,逐级递推地计算含能材料的力学行为。在系统的微观尺度计算模块,用分子动力学方法求解含能材料的各种性质,包括组分的状态方程和粘弹性的本构关系,这些性质作为参数输入到细观尺度的模拟计算;在系统的细观尺度计算模块,采用物质点法求解含能材料的力学性质,获得其状态方程式和力学性质的本构关系;在系统的宏观尺度计算模块,基于细观尺度的计算结果应用有限元方法计算宏观含能材料力学性能变化。本系统可为研究含能材料压制过程的力学行为提供一种有效的工具。由于微观尺度和宏观尺度的模拟有比较成熟的软件可用,论文重点研究了细观尺度计算模块。利用了模型近似方法,建立了含能材料细观模型;运用Java3D虚拟场景数据动态存储技术,实现了虚拟场景数据的动态存取,解决了模型建立过程中一个场景一旦建立就不能重复使用,只能在下一次建模时按照流程重复原先的创建步骤的问题;采用基于Vis It的模拟数据并行可视化技术,解决了单机环境下由于计算机资源限制,无法对结果进行高性能可视化显示的问题。测试结果表明,系统能在1s之内做出响应,并不间断运行5×24小时,其响应能力和稳定性等方面均达到设计目标。该系统能够为含能材料压制工艺提供了理论依据,对优化和改进含能材料质量提供一种有效工具。
【关键词】：含能材料 力学性能 多尺度 数值模拟
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 研究现状13-16
• 1.3 研究目标及主要工作16-17
• 1.3.1 研究目标16
• 1.3.2 主要研究工作和贡献16-17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 第2章 系统需求分析18-27
• 2.1 PBX压制工艺分析18-19
• 2.2 系统需求描述19-24
• 2.2.1 功能需求分析20-23
• 2.2.2 性能需求分析23
• 2.2.3 技术指标23-24
• 2.2.4 系统难点分析24
• 2.2.5 运行环境需求24
• 2.3 系统总体分析24-26
• 2.4 系统的用户及特点26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 系统总体设计27-33
• 3.1 系统总体框架设计27-29
• 3.1.1 系统架构的选择27-28
• 3.1.2 系统结构设计28-29
• 3.2 系统功能结构设计29-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 关键技术研究33-42
• 4.1 含能材料PBX细观尺度模型研究33-35
• 4.1.1 圆形粒子近似33-34
• 4.1.2 粘结剂的均质化近似34
• 4.1.3 随机圆的相互不重合分布近似34-35
• 4.2 基于Vis It的模拟数据并行可视化技术研究35-39
• 4.2.1 Vis It并行可视化机制35-37
• 4.2.2 基于Vis It模拟数据并行可视化显示技术实现37-39
• 4.3 基于Java3D虚拟场景数据的动态存储技术研究39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 系统设计与实现42-58
• 5.1 系统流程分析42-43
• 5.2 细观尺度计算模块43-48
• 5.2.1 数据初始化模块43-45
• 5.2.2 数值求解模块45-48
• 5.2.3 数据输出模块48
• 5.3 前处理模块48-53
• 5.3.1 参数配置模块48-49
• 5.3.2 几何模型静态展示模块49-53
• 5.4 后处理模块53-57
• 5.4.1 曲线展示模块53-54
• 5.4.2 彩色云图动态展示模块54-56
• 5.4.3 动态数据交换56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 系统测试58-70
• 6.1 测试环境58-60
• 6.1.1 测试环境平台58-59
• 6.1.2 模拟算例设置59-60
• 6.2 系统功能测试60-67
• 6.2.1 测试思路60-61
• 6.2.2 几何模型静态展示模块测试61
• 6.2.3 细观尺度计算模块测试61-62
• 6.2.4 后处理模块测试62-63
• 6.2.5 模拟结果验证63-67
• 6.3 系统性能测试67-69
• 6.3.1 系统响应能力67-68
• 6.3.2 系统稳定性68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 总结与展望70-72
• 7.1 总结70-71
• 7.2 未来工作展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：955790