含能材料颗粒的数字化方法及介观尺度下计算机模拟

发布时间：2020-09-19 17:27

　　利用材料学和高性能计算机模拟含能材料在压制成型过程中的介观力学变化,不仅可以节省实验开销,减少实验风险,同时也为含能材料的压制工艺和元件制备提供有益参考。通过计算机构建含能材料颗粒的数字化模型,是含能材料模拟中极其重要的环节,目前常用的数字化方法主要构建炸药颗粒规则排列的二维压制模型,与实验中炸药颗粒在模具内的分布存在差距,得到的模拟数据也与实验数据误差较大。针对这一问题,文中提出了一种含能材料近似球型填充最大化的位移矢量算法,该算法将炸药颗粒随机生成的过程分为两步,先控制将要生成颗粒的范围,减少颗粒间的空隙,后微调使颗粒排列紧密,提高了炸药颗粒在模具内的填充率;同时为简化研究人员在Linux系统下建模,便于设置模拟阶段的各项参数,设计出Uintah inputfile文件生成管理系统,通过调用上述算法,将尺寸和位置随机的炸药颗粒放入压制模具内,得到Uintah程序脚本,构建介观尺度下炸药颗粒随机排列的三维压制模型。利用以物质点法为核心算法的Uintah程序对炸药颗粒的压制模型进行数值模拟,借助并行技术缩短模拟时间,完成后利用VisIt软件可视化压制过程。分析压制过程中规则排列模型、随机排列模型以及实验中炸药颗粒的形变、受力和温度变化趋势,实验结果表明,本文构建的炸药颗粒随机排列模型在模拟中的压力、温度数据与实验数据更为吻合,通过观察实验中炸药颗粒压制后的介观结构发现,相比于规则排列模型,随机排列模型压制后得到的炸药颗粒介观结构与实验炸药更接近,验证了本文含能材料数字化方法的合理性和模拟的有效性,同时为炸药颗粒压制实验提供理论依据。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ560.1;TP391.9
【部分图文】：

随机生成,生成阶段,小生,次数

按照半径从大到小生成开始第一个颗粒？否生成是否否是否是是与任意颗粒相交？最大尝试次数？最大距离？最小半径？否是生成阶段结束最大失败尝试次数设为0图 3.3 生成阶段算法流程图普通随机生成效果与优化后随机生成效果对比如图 3.4 所示。

随机生成,颗粒,方式,填充率

(a)颗粒普通随机生成方式 (b)颗粒优化后随机生成方式图 3.6 颗粒不同随机生成方式效果对比表 3.1 不同随机生成方式平均颗粒数对比半径(单位：mm) 普通生成数量(单位：个) 优化后生成数量(单位：个0.40 7 70.30 6 70.20 22 290.15 19 300.10 97 125假设传统规则排列中颗粒半径为 0.2mm，表 3.2 为不同排列方式填充率对比。表 3.2 不同排列方式填充率对比不同排列方式填充率常用规则排列 52.41%普通随机排列 45.33%本文算法排列 61.27%

过程图,文件生成,参数设置,管理系统

Uintahinputfile文件生成管理系统参数设置过程

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