[发明专利]一种含能材料细观热点物理模型的建模方法

说明书

本发明属于含能材料热安全技术领域，涉及一种含能材料细观热物理模型的建模方法。包括：热分解机理函数和参数的确定；对含能材料微结构表面形貌演化规律的研究；对含能材料微结构内部形貌演化规律的研究；对含能材料组分热物理常数的测定四个部分。本发明同现有技术相比的优越性在于：该方法充分考虑了含能材料自身损伤所特有的特性，为含能材料细观损伤数值仿真采用的界面模型参数的选择提供了方便性和通用性，以全面模拟预测实际的特征和过程，建立了物理模拟准则体系和满足准则的细观热物理模型，功能全面、易于实现。

技术领域

本发明属于含能材料热安全技术领域，涉及一种含能材料细观热物理模型的建模方法。

背景技术

对于含能材料热分解，通常伴随有热量的释放。如果热分解所释放的热量不能扩散到周围环境，将有可能引发自燃甚至爆炸事故。

目前对于热安全物理模型主要是基于宏观均质假设的化学反应-传热模型，这一模型在仿真宏观烤燃过程中得到较好的应用，但采用宏观均质化的仿真模型不能揭示含能材料热安全的深层次的机制，对于含能材料热安全配方设计和危险性起不到预见作用。

含能材料的细观尺度决定其热安全和热爆炸机理，在细观尺度上含能材料是非均质性的，可以看作是由氧化剂颗粒、粘合剂基体以及两者之间的粘结界面带所组成的三相非均质复合材料。各组分不一致的传热性能和分解放热性能、组份间界面以及各组份在热分解过程中所遵循的不一致的化学反应机理，以及在热分解过程中各组份内部及组份间界面所发生的复杂的结构演化，这些都是决定了含能材料热安全的复杂性。

为了揭示含能材料热安全深层次的机制，本发明综合多种宏细观试验方法，从含能材料及其组分的热分解动力学参数和机理函数、含能材料及其组分的微结构表面形貌演化规律、含能材料及其组分的微结构内部形貌演化规律、对含能材料组分热物理常数的测定四个方面展开，以建立正确的含能材料细观热点物理模型。

在本发明以前的现有技术中，所检索到的文献有：[1]刘礼斌等温度对发射药安全和能量影响的数值计算[D].弹道学报.2004：2；[2]陶文锉.数值传热学[M].西安交通大学出版社，2001；[3]杜志明.有限空间内化学放热系统的热点火[D].北京：北京理工大学，1993；[4]荆松吉.凝聚炸药烤燃机理研究及二维数值模拟[D].长沙：国防科技大学，2004；上述文献是与本发明技术主题相关的同类别技术，但是，从所公开的内容看，尚未发现有关含能材料细观热物理模型构建方法的报道。

发明内容

根据上述背景技术，本发明的目的在于，为研究含能材料的热安全机理和热安全临界温度及爆炸延迟时间的预测提供依据，为改善含能材料热稳定性配方提供一种能够构建高质量高效率的含能材料细观热点物理模型的建模方法。

现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：

本发明的基本构思是，在考虑细观结构形成及演变和温度对组分材料的热物理性能的影响，考虑的影响因素全面合理，且形式简单、使用方便的前提下，对其细观热点物理模型的建立方法进行描述，该方法包括：热分解机理函数和参数的确定；对含能材料微结构表面形貌演化规律的研究；对含能材料微结构内部形貌演化规律的研究；对含能材料组分热物理常数的测定四个部分，具体包括以下步骤：

步骤1：通过DSC法和激光导热法确定组分材料的热容和导热率；

步骤2：基于DSC-TG试验确定热分解机理函数和参数；

步骤3：通过扫描电镜试验获取含能材料表面形貌随温度的演化规律，进行定量分析，得出表面形貌随温度演化规律；

步骤4：通过μCT试验获取含能材料内部形貌随温度的演化规律，并进行定量分析，与表面形貌演化规律相比较，为数值模型的建立提供基础；

步骤5：总结以上四步骤的结果，基于传热学方程(3)和结构演化规律得出含能材料的热物理模型：