基于CZM的PBX细观力学行为的数值模拟研究

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本文以高聚物粘结炸药(PBX)为研究对象,运用有限元显式动力学分析软件ABAQUS从细观尺度对其在准静态加载下的力学响应和变形破坏进行了数值模拟研究。基于泰森多边形,结合数字图像处理技术建立了较高颗粒体积分数的PBX细观模型,利用自编程程序嵌入粘结单元,生成基于粘聚裂纹模型的PBX细观有限元模型,通过粘结单元的变形损伤失效模拟了PBX准静态的单轴拉伸与压缩载荷下的损伤破坏及裂纹扩展。对准静态单轴拉伸与压缩下PBX细观破坏过程进行了数值模拟计算,计算得到的应力应变曲线和实验及文献测量结果比较吻合,验证了模型及材料参数的正确性。对PBX的细观变形、损伤演化、破坏机理进行了分析,计算发现单轴拉伸下PBX的破坏模式为界面脱粘导致的拉伸破坏,而单轴压缩下PBX的破坏模式为沿颗粒-粘结剂界面切向破坏,伴随部分界面脱粘及颗粒破碎;计算分析了应变率对PBX力学行为及损伤破坏机理的影响规律。基于相同的材料参数和载荷,对颗粒数目不同的细观模型进行了计算,计算得到的应力应变曲线及破坏损伤过程一致,验证了模型颗粒数目在有效范围之内。对单轴拉伸与压缩载荷下不同颗粒尺寸分布和界面粘结强度的细观模型的破坏进行了计算,计算分析得到了颗粒尺寸分布和界面粘结强度对PBX单轴拉伸与单轴压缩下的力学性能、破坏过程及损伤破坏机理的影响规律,结果表明大尺寸颗粒附近更易产生I、II两种类型的裂纹,颗粒分布相对均匀的PBX细观模型具有更好的力学性能;在一定范围内,PBX的力学性能随粘结强度的增加而增加。
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