炸药宏观有效力学性质的计算方法

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：选用的单元类型分别为二维结构实体单元PLANE183和PLANE182。在PBX 的细观模型上，通过施加边界条件来计算得到炸药的宏观有效力学性质。计算中炸药颗粒和黏结剂均采用各向同性的弹性本构模型。表7－1炸药颗粒的弹性模量表7－2黏结剂的弹性模量

应用ANSYS 软件中结构静力学分析。它不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、松弛、大变形、大应变和接触分析等。在ANSYS 中，计算流程可以归纳为以下几个部分。

（1）定义单元类型。选用的单元类型分别为二维结构实体单元PLANE183和PLANE182。在模型中，分别用圆形和六边形的规则形状来代表炸药颗粒。因此，选用8 节点的PLANE183。由于黏结剂形状不规则，选用4 节点的PLANE182，这样便于后面的网格划分。

（2）定义材料属性。采用ANSYS 材料模型库中提供的材料模型和参数属性。主要应用的是线弹性材料模型、非线性弹性模型和黏弹性模型。其中，非线性弹性模型采用各项等向强化的Mises 率不相关塑性Bilinear 模型，黏弹性模型采用Prony 中Shear Response 模型。

（3）建立实体模型。采用几何模型网格划分法对PBX 材料进行了随机细观和真实细观结构两种方式的建模。其中，随机细观模型的建立是通过MAT⁃LAB 软件编程实现的。真实细观模型的建立是通过扫面电镜获得清晰图片，再通过相关软件进行数字离散化提取后得到的。

（4）划分有限元网格。针对两种模型分别采用了不同的网格划分。对于随机细观模型，因其颗粒是规则形状的，所以采用单元尺寸控制法对其进行网格划分，这样可以较为准确地捕捉到场量的分布和梯度的变化，尤其是应力／应变的分布。同时，在应力集中的位置可以根据需要画出相对密集的单元网格，这样可以捕捉到塑性区域的产生位置、扩展过程以及最终塑性区域的大小。对于真实细观模型，因为在建模时对图片采用了数字离散化，形成的是若干个像素点单元，而不是以线或面的形式存在。因此，可以直接采用均匀网格划分，这样产生的网格数目很大，不用再在应力集中的位置进行细化网格。

（5）设定边界条件。这里是针对周期性模型进行数值模拟分析的，所以需要施加循环对称约束条件，以此保证截面始终保持原始形状。

（6）定义分析类型和选项。在针对弹性结构进行模拟时，不用设置时间步长，可以直接计算到最后的结果。在针对弹塑性和黏弹性结构进行模拟时，一定要注意缓慢加载，使用小的时间步长，这样既可以保证在每一个时间步内最大的应变增量小于5%，又可以加强收敛，增加模拟计算结果的准确性。

（7）导出所需数据、图形等文件。

在PBX 的细观模型上，通过施加边界条件来计算得到炸药的宏观有效力学性质。为了保持边界节点的位移与边界面平行，需要满足下面的耦合关系［14］，即