基于扩展有限元法的PBX试件裂纹扩展数值模拟分析
发布时间：2022-02-23 00:30
现阶段,炸药作为各式各样武器的核心部件,在储存,运输以及发射过程中会经历复杂的外载荷作用。常见的受载形式包括压缩,剪切等,这些外载荷作用会导致结构内部产生损伤,稳定性下降,使装药产生意外爆炸的风险,故对其进行断裂相关的分析是很有必要的。扩展有限元方法（XFEM）是一种新兴的裂纹扩展研究方法,应用该方法对裂纹扩展进行研究,可以得到裂纹的动态扩展过程,并可以避免由于网格重构及裂纹尖端奇异性所导致的复杂计算量。本文中应用此方法对PBX（Polymer Bonded Explosives,高聚物粘结炸药）结构的开裂纹扩展过程进行仿真,并对仿真结果进行分析。本文应用了裂纹扩展准则及扩展有限元方法,对高聚物粘结炸药（PBX）的裂纹扩展情况进行研究。首先对PBX结构的裂纹扩展以及扩展有限元方法的研究现状进行了阐述。然后对结构裂纹扩展相关理论及扩展有限元方法进行了研究,并按照参考文献中几何参数建立含预制裂纹混凝土三点弯曲梁模型,与文献中试验结果进行对比,来检验此方法的准确性。其次,建立含预制裂纹的PBX三点弯曲梁模型,进行数值仿真来研究其裂纹扩展特性。通过控制变量的方法,建立了含预制裂纹PBX三点弯曲...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 有关PBX的力学性能及损伤破坏的试验研究
1.2.2 裂纹扩展数值模拟仿真方法研究现状
1.3 有限元数值仿真软件介绍
1.4 本文主要研究内容
第2章 PBX结构裂纹扩展理论基础
2.1 引言
2.2 裂纹扩展理论基础
2.2.1 裂纹扩展形式
2.2.2 基本裂纹类型
2.2.3 对裂纹尖端的定义
2.2.4 结构裂纹扩展研究方法
2.2.5 裂纹扩展准则
2.2.6 结构损伤破坏准则
2.3 扩展有限元方法理论基础
2.3.1 单位分解法
2.3.2 扩展有限元法基本原理
2.3.3 基于扩展有限元法的裂纹扩展过程描述
2.4 应用混凝土三点弯曲梁模型裂纹扩展过程验证有限元仿真可靠性
2.4.1 混凝土三点弯曲梁有限元建模
2.4.2 混凝土三点弯曲梁分析步设置
2.4.3 仿真结果及对比分析
2.5 本章小结
第3章 PBX三点弯曲梁构件裂纹扩展数值模拟
3.1 引言
3.2 PBX结构裂纹扩展准则及材料参数
3.3 仿真工况设计
3.4 整体域细化程度对PBX结构裂纹扩展影响
3.4.1 标准划分精度
3.4.2 整体长度方向细化
3.4.3 整体域长、厚方向细化
3.4.4 整体域长、高、厚三方向细化
3.5 裂纹扩展域细化程度对PBX结构裂纹扩展影响
3.5.1 裂纹扩展域细化
3.5.2 加深裂纹扩展域细化程度
3.6 边界形式对PBX三点弯曲梁结构裂纹扩展的影响
3.7 工况对比分析
3.8 本章小结
第4章 PBX战斗部结构在机械载荷作用下的裂纹扩展数值模拟
4.1 引言
4.2 PBX战斗部有限元建模
4.3 PBX战斗部裂纹扩展仿真工况及分析
4.3.1 PBX战斗部结构侧向受到刚性体挤压
4.3.2 PBX战斗部结构受到正面撞击作用
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究[J]. 刘金祥,张华阳,李军. 北京理工大学学报. 2015(09)
[2]基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究[J]. 胡少伟,鲁文妍. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[3]基于扩展有限元的巴西圆盘动态裂缝扩展分析[J]. 傅玉珍,张华,谈政. 四川建筑科学研究. 2014(02)
[4]典型炸药柱的400kg落锤撞击感度特性分析[J]. 高立龙,牛余雷,王浩,王彩玲,李媛媛,郭昕. 含能材料. 2011(04)
[5]火炸药药柱撞击感度试验装置及方法[J]. 徐洪涛,孔德仁,胡宏伟,任松涛,冯晓军. 火炸药学报. 2010(03)
[6]扫描电镜（SEM）对高分子材料脆性断裂的研究[J]. 白忠勤,刘伟明,邵月华. 科技信息. 2010(13)
[7]冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟[J]. 尚海林,赵锋,王文强,傅华. 爆炸与冲击. 2010(02)
[8]颗粒增强复合材料随机分布模型的数值模拟[J]. 单豪良,郭荣鑫,夏海廷,杨邦成,何天淳. 科学技术与工程. 2009(10)
[9]裂纹扩展仿真分析[J]. 余天堂. 系统仿真学报. 2009(06)
[10]PBX有效弹性性能研究进展[J]. 敬仕明,李明,龙新平. 含能材料. 2009(01)
博士论文
[1]PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究[D]. 李俊玲.国防科学技术大学 2012
[2]PBX的损伤、断裂及本构关系研究[D]. 罗景润.中国工程物理研究院 2001
[3]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
本文编号：3640499
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 有关PBX的力学性能及损伤破坏的试验研究
1.2.2 裂纹扩展数值模拟仿真方法研究现状
1.3 有限元数值仿真软件介绍
1.4 本文主要研究内容
第2章 PBX结构裂纹扩展理论基础
2.1 引言
2.2 裂纹扩展理论基础
2.2.1 裂纹扩展形式
2.2.2 基本裂纹类型
2.2.3 对裂纹尖端的定义
2.2.4 结构裂纹扩展研究方法
2.2.5 裂纹扩展准则
2.2.6 结构损伤破坏准则
2.3 扩展有限元方法理论基础
2.3.1 单位分解法
2.3.2 扩展有限元法基本原理
2.3.3 基于扩展有限元法的裂纹扩展过程描述
2.4 应用混凝土三点弯曲梁模型裂纹扩展过程验证有限元仿真可靠性
2.4.1 混凝土三点弯曲梁有限元建模
2.4.2 混凝土三点弯曲梁分析步设置
2.4.3 仿真结果及对比分析
2.5 本章小结
第3章 PBX三点弯曲梁构件裂纹扩展数值模拟
3.1 引言
3.2 PBX结构裂纹扩展准则及材料参数
3.3 仿真工况设计
3.4 整体域细化程度对PBX结构裂纹扩展影响
3.4.1 标准划分精度
3.4.2 整体长度方向细化
3.4.3 整体域长、厚方向细化
3.4.4 整体域长、高、厚三方向细化
3.5 裂纹扩展域细化程度对PBX结构裂纹扩展影响
3.5.1 裂纹扩展域细化
3.5.2 加深裂纹扩展域细化程度
3.6 边界形式对PBX三点弯曲梁结构裂纹扩展的影响
3.7 工况对比分析
3.8 本章小结
第4章 PBX战斗部结构在机械载荷作用下的裂纹扩展数值模拟
4.1 引言
4.2 PBX战斗部有限元建模
4.3 PBX战斗部裂纹扩展仿真工况及分析
4.3.1 PBX战斗部结构侧向受到刚性体挤压
4.3.2 PBX战斗部结构受到正面撞击作用
4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展有限元法的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展研究[J]. 刘金祥,张华阳,李军. 北京理工大学学报. 2015(09)
[2]基于XFEM的混凝土三点弯曲梁开裂数值模拟研究[J]. 胡少伟,鲁文妍. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[3]基于扩展有限元的巴西圆盘动态裂缝扩展分析[J]. 傅玉珍,张华,谈政. 四川建筑科学研究. 2014(02)
[4]典型炸药柱的400kg落锤撞击感度特性分析[J]. 高立龙,牛余雷,王浩,王彩玲,李媛媛,郭昕. 含能材料. 2011(04)
[5]火炸药药柱撞击感度试验装置及方法[J]. 徐洪涛,孔德仁,胡宏伟,任松涛,冯晓军. 火炸药学报. 2010(03)
[6]扫描电镜（SEM）对高分子材料脆性断裂的研究[J]. 白忠勤,刘伟明,邵月华. 科技信息. 2010(13)
[7]冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟[J]. 尚海林,赵锋,王文强,傅华. 爆炸与冲击. 2010(02)
[8]颗粒增强复合材料随机分布模型的数值模拟[J]. 单豪良,郭荣鑫,夏海廷,杨邦成,何天淳. 科学技术与工程. 2009(10)
[9]裂纹扩展仿真分析[J]. 余天堂. 系统仿真学报. 2009(06)
[10]PBX有效弹性性能研究进展[J]. 敬仕明,李明,龙新平. 含能材料. 2009(01)
博士论文
[1]PBX炸药装药的力学性能及损伤破坏研究[D]. 李俊玲.国防科学技术大学 2012
[2]PBX的损伤、断裂及本构关系研究[D]. 罗景润.中国工程物理研究院 2001
[3]数字散斑相关方法及其在力学测量中的应用[D]. 高建新.清华大学 1989
本文编号：3640499
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