[发明专利]一种推进剂细观力学性能研究方法

权利要求书

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；

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表达式；

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；

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：

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；

所述基函数的表达式如公式(2)所示：

公式(2)中，为基函数，i为基函数的序数；

所述刚度矩阵的表达式如公式(3)所示：

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。

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_i1，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，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包括：

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；

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；

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；

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；

根据各所述松弛模量，实现推进剂细观力学性能研究；

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。

6.根据权利要求5所述的推进剂细观力学性能研究方法，其特征在于，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。