[发明专利]一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法

说明书

本发明公开了一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法，首先建立烤燃试验对象的三维宏观数值计算模型；将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性和自热反应源项赋予给三维宏观数值计算模型进行数值计算；在宏观点火位置处选定细观数值分析区域，将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性赋予给三维宏观数值计算模型重新进行数值计算，提取细观数值分析区域仅在热传导作用下的边界温度；建立三维冯洛诺伊图细观数值计算模型，将该边界温度作为细观数值计算模型的温度边界条件；同时将各炸药组分的材料属性和自热反应源项分别赋予给细观数值计算模型中对应的炸药组分区域，进行数值计算得到各炸药组分的温度分布以及率先发生点火响应的炸药组分。

技术领域

本发明涉及有限元数值计算的技术领域，具体涉及一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法。

背景技术

随着现代军事技术的快速发展，对弹药的安全性及战场生存能力提出了更高的要求。炸药烤燃试验是检验和评估炸药热易损性的重要方法之一。由于试验成本高，危险性大，只能获得炸药内部监测点温度历史和点火时间等有限数据，而数值计算方法可以根据实际条件建模，方便更改烤燃速率、药柱尺寸等参数，可以得到点火位置及温度分布等信息，因而数值计算方法广泛应用。

目前，国内陈朗等进行了大量烤燃宏观数值模拟计算，把混合炸药假设为均质炸药，将不同组分的热导率、比热容、自热反应源项等进行线性叠加，通过编写子程序加载到均质炸药中计算。对于炸药单一组分的熔化-点火过程计算采用焓-孔隙率方法和一步反应动力学模型。现有计算方法集中于炸药点火前的反应过程，已掌握了不同加热条件下的炸药热传导，热分解和点火响应的计算方法，能够比较准确的预测点火时间和温度。目前的数值模拟计算只对炸药烤燃过程进行宏观描述，反映了混合炸药整体熔化，无法直观体现出烤燃过程中混合炸药细观尺度各组分的热分解及点火响应。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法，能够直观体现混合炸药不同组分的温升及点火响应。

本发明采用的技术方案如下：

一种炸药烤燃的宏细观数值分析方法，数值分析方法步骤如下：

步骤一，建立烤燃试验对象的三维宏观数值计算模型，所述烤燃试验对象为混合炸药，采用两种以上炸药组分；

步骤二，将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性和自热反应源项赋予给三维宏观数值计算模型进行数值计算，得到监测点处的温升曲线、炸药不同时刻温度分布云图、点火响应时间、响应温度及点火位置；

步骤三，在宏观点火位置处选定细观数值分析区域，将温度边界条件、烤燃试验对象的材料属性赋予给三维宏观数值计算模型重新进行数值计算，提取所述细观数值分析区域仅在热传导作用下的边界温度；

步骤四，建立三维冯洛诺伊图细观数值计算模型，将步骤三所述边界温度作为细观数值计算模型的温度边界条件；同时将各炸药组分的材料属性和自热反应源项分别赋予给细观数值计算模型中对应的炸药组分区域，进行数值计算得到各炸药组分的温度分布以及率先发生点火响应的炸药组分。

进一步地，所述自热反应源项采用阿伦尼乌斯公式表示。

进一步地，所述步骤二中的自热反应源项由各炸药组分的自热反应源项与各炸药组分在混合炸药中所占比例的乘积进行叠加而成；所述炸药组分中包含具有熔化现象的炸药组分，采用两步反应动力学模型描述具有熔化现象的炸药组分的熔化-点火过程。

进一步地，所述两步反应动力学模型中的自热反应源项包括熔化状态的自热反应源项和点火状态的自热反应源项。

进一步地，所述自热反应源项的两步反应动力学参数通过具有熔化现象的炸药组分的烤燃试验所获得的温升曲线标定得到。

进一步地，所述细观数值分析区域为正方形区域。

有益效果：