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1、复合固体推进剂细观力学模型研究第24卷第5期计算机仿真2007年5月文章编号:1006—9348(2007)05—0021—04复合固体推进剂细观力学模型研究史佩,李高春,李昊(1海军航空工程学院训练部,山东烟台264001;2.海军航空工程学院飞行器工程系,山东烟台264001)摘要:为了建立复合固体推进剂的细观力学模型,首要的问题是建立一个能够真实描述推进剂细观形态结构的颗粒填充模型.文中将推进剂看作是颗粒与基体组成的复合材料,详细地给出了应用分子动力学生成推进剂颗粒填充模型的方法,得到了推进剂颗粒在基体中随机分布的颗粒填充模型.在此基础上
2、,采用细观有限元方法进行了分析,获得了推进剂颗粒与基体内的应力分布情况.研究表明:分子动力学方法可以有效地生成推进剂的细观颗粒填充模型,在此基础上进行的细观力学分析可以有效地考虑固体推进剂细观结构对其力学性能的影响.关键词:复合固体推进剂;分子动力学方法;细观形态;数值模拟中图分类号:TJ765.4+3文献标识码:BMicromechanicalModelsforCompositePropellantSHIPei,LIGao—chun,LIHao(1.TrainingDepartmentofNAEI,YantaiShandong264001,C
3、hina;2.DepartmentofAircraftEngineering,NAEI,YantaiShandong264001,China)ABSTRACT:Inordertodevelopthemicromechanicalmodelofpropellant,characteristicsoftheheterogeneousmi—crostructureareveryimportant.Inthispapertherandomdistributionpackingmodelsoffillerinthebinderofcompos—itepr
4、opellantweregeneratedbyregardingthepropellantasacompositeoffillerandbinder.ThegenerationprocessisbasedontheMolecularDynamics(MD)method.Thegeneratedpackingmodelswerethenanalyzedbyfiniteelementmethodandthestressdistributionindifferentconstituentsofcompositepropellantwasobtaine
5、d.TheresultsshowedthattheMDmethodCangeneratethemicrostructureofpropellanteffectivelyandthemicromechanicalanalysiscanconsidertheeffectofmicrostructureonthemechanicalpropertiesofpropellant.KEYWORDS:Compositepropellant;Moleculardynamicsmethod;Micromechanicalmorphology;Numerical
6、simula—tion1引言推进剂作为一种工程材料,在航空航天中得到广泛的应用.以往有关推进剂的研究大多基于对推进剂材料宏观性能的认识,其主要特点是将推进剂理想化为均质的粘弹性材料…n,这种简化尽管在一定程度上满足工程结构分析的需要,但难以用这种方法分析推进剂细观组成对推进剂力学性能的影响.实际上,推进剂的力学性能与推进剂的细观形态结构有非常密切的联系,推进剂颗粒的大小,形状对推进剂力学性能有很大的影响.目前,国外已经开始注意到从推进剂细观层次出发研究推进剂力学性能的许多特点,并进行了一些探索[.为了分析推进剂细观结构对推进剂力学性能的影响,首
7、要的问题是建立一个能够真实描述推进剂形态结构的颗粒收稿13期:2006—03—28修回13期:2006—04—10填充模型.由于推进剂内部细观结构难以通过常规试验方法观测,通常借用数值方法进行模拟.目前,常用两类颗粒填充算法方法生成颗粒填充模型,一是分子动力学模拟方法,二是Monte—carlo方法.分子动力学方法自Lubachev.sky"首先提出以后,由于其适用性比较强,得到迅速发展.Knot成功地将这一方法应用到复合固体推进剂系统中,建立了固体推进剂的颗粒填充模型.Kochevets_l在此基础上进行了优化.本文借用上述分子动力学方法生成
8、了不同体积分数的颗粒填充模型,并在此基础上进行了细观有限元方法分析,给出了推进剂的细观结构以及数值模拟结果.2基本原理分子动力学算法的基本思想是:首先
