[发明专利]一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法

说明书

本发明公开了一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法，具体为：首先建立炸药几何模型；然后根据几何模型的形状特征划分网格，获得热网格模型；接着结合编写的比热容、导热系数、自热源项和外界加热速率子函数，建立炸药热分析模型；之后将热网格模型转化为结构网格模型，并将热分析获得的温度结果作为载荷施加到结构网格的节点上，结合炸药的弹性模量、泊松比和热膨胀系数材料参数，得到结构分析模型；最后根据结构分析获得炸药的变形量、应变和应力计算结果预测热损伤出现的位置。本发明建立了包括随温度变化的炸药物性参数、炸药热分解反应的热力耦合计算模型，更真实、准确反映了炸药在温度载荷作用下的热损伤规律。

技术领域

本发明涉及炸药热安全性领域，具体涉及一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法。

背景技术

炸药在生产、贮存、运输和勤务中可能会经历不同温度环境，温度环境的变化可能引发材料的结构损伤，改变材料性能，如热载荷引起的应力容易使炸药内部产生裂纹，最终影响炸药的作用可靠性和安全性。

温度冲击实验是用于研究炸药在不同温度环境的热损伤情况，通常采用电阻应变片测量、超声波检测和声发射技术测试炸药在温度冲击下的应变及热损伤，虽然通过实验能够观察炸药在热载荷作用下的真实过程，但存在成本高、耗时长和危险性大的缺点。随着计算机技术和存储技术的发展，数值仿真技术也常被用于炸药的热损伤研究中，且数值仿真技术大大缩短研究周期和降低研究成本。但现有的预测炸药热损伤的仿真存在一定不足，如韦兴文，吴束力，唐兴在《HMX基PBX炸药热损伤的数值计算与实验研究》一文中，采用瞬态-应力耦合有限元法对炸药在温度载荷作用下进行模拟，研究了炸药内部温度、应力变化规律，但其计算模型并未考虑炸药热分解的放热作用，同时忽略了温度对炸药材料参数的影响，这些都将影响炸药热损伤计算结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法，从而为炸药的热安全设计和工程应用提供理论参考。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法，具体步骤如下：

步骤一：建立炸药的三维模型；

步骤二：根据炸药的几何特征，选择网格类型和网格尺寸对炸药的三维模型划分网格，获得热网格模型；

步骤三：根据能量守恒定律和傅里叶传热定律，结合炸药的三维模型，确定炸药的热传导方程；

步骤四：根据炸药的类型及所处的热环境，设定炸药的材料属性和炸药的边界条件，进而获得炸药的热分析模型；

步骤五：设置迭代步长和迭代步数，求解炸药的热传导模型，获得热分析结果数据；

步骤六：将热网格模型转换为结构网格模型，将热分析得到的温度结果作为热载荷施加到结构网格的各个节点上，在炸药的材料属性中，设定炸药的弹性模量、泊松比和热膨胀系数参数，获得结构分析模型；

步骤七：求解结构分析模型，获得炸药的变形量、应变和应力结果，用于判断炸药中可能出现热损伤的位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明对炸药在热环境作用下进行热分析和结构分析，考虑了炸药热分解的放热作用、温度对炸药材料参数的影响，建立了包括炸药热分解反应、随温度变化的炸药材料参数的热力耦合计算模型，获得了炸药在热环境中的温度、变形量、应变和应力分布等结果，更详细、真实反映了炸药在温度冲击载荷作用下的热损伤规律，提高了炸药热损伤计算的准确性。计算结果可为炸药的热安全性设计和工程应用提供参考。

附图说明

图1为本发明一种预测炸药热损伤的热力耦合仿真方法的流程图。

图2为实施例1中炸药模型网格图。

图3为实施例1中炸药的变形量云图。

图4为实施例1中炸药的应力分布云图。