复合固体推进剂细观力学模型研究

第 24卷第 5期 文意编号: 1∞6俨 9348(2007)05 -ω,21

计算机仿真 -04

2007年 5月

复合固体推进剂细观力学模型研究 史佩李高春李某2 ( 1海雪在航空工程学院训练部,山东烟台 264001;2海率航空工程学院飞行苦苦工程系,山东烟台 264∞ 1 ) 摘要:为了建立复合阁体推进剂的细观力学模型,首f婆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 裂。文中将推进剂辛苦作是颗粒Èj~在体组成的复合材料,详细地给出了应用分子动力学生成推进剂果真较填充模型的方法,得

到了推进剂颗粒在基体小随机分布的颗粒填充模型。在此基础上,采用细观有限元方法进行了分析,获得了推进剂颗粒与 主主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处成推进剂的细观颗粒填充模裂,在此葱础上进行的细观

力学分析可以有效地考虑回体推进剂细观结构对其力学性能的影响。

关键诩:复合闭体推进翔U;分子动力学方法;细观形态;数值模拟 中图分 3挂号:TJ765.4

+3

文献栋识码:日

Micromechanical Models for Composite Propellant SHI Pei 1, LI Gao - chun2, LI Hao2 (1. Training Department of NA凹, Yantai Shandong 264001, Chìna; 2. Department of Aircraft Engineering, NAEI, Yantai Shandong却400 1, Chìna ) ABSTRACT: ln order to develop the micromechanical model of propellant, characteristics of the heterogeneous mi翩

crostructure are very importan t. 11\ this paper the random distribution packing models of filler in the binder of composite propellant were generated by regarding the propellanl as a composite offiller and binder.ηle generation pr制!ess is based on the Molecular Dynamics (MD) method. The generated packing models were then analyzed by finite element method and the stress distribution in different constituents of composite propellant was obtained. The results showed that the MD method can generate the microstructure of propellant effectively and the micromechanical analysis can consider the effect of micTOi电tructure on the mechanical properties of propeUant. KEYWORDS: Composìte propellant; Molecular dynamics method; Micromechanical morphology; Numerical simulat lOn

1

号l曹 推进剂作为一种工程材料,在航空航天中得到广眨的应

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珉,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

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刑理想化为均脆的粘弹性材 料[1][2][3]这种简化尽管在一定程度上满足工程结构分析的

sky[9][刚首先提出以后,由于其适用性

比较强,得到迅速发展。 Knot[IIJ成功地将这一方法m.用到复合阳体推进剂系统中,建立了四体推进剂的颗粒填充模型。 Kochevets川在此 基础上进行了优化。本文借用上述分子动力学方法生成了 不同体积分散的颗粒填充模型,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。

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居吹出发研究推进刑力学性能的许多特点,并进行 了…些探索[列问[6][7][8J

为了分析推进剂细观结构对推进剂力学性能的影响,首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,

2

基*原理 分子动力学算法的葱本思想是:首先,采用了 Monte

口arlo方措将固体推进荆的颗粒随机地分布在计算区域中,建 收稿日朔:须知6

-03 -28

修回日期:2006

-04 -10

立任意分布的推进荆细观初始构型。然后,赋予颗粒叫个随

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复合固体推进剂细观力学模型研究

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