綜述

      高聚物粘結炸藥PBX是現(xiàn)代火箭推進劑及爆破物的主要成分。它是以TATB為主體，加入粘結劑粉末壓制成形的復合材料，由于具有優(yōu)異的力學性能和安全性能而得到廣泛應用。通過Digimat-FE可以快速評估組成成分對炸藥性能的影響。

主要亮點

應用產(chǎn)品：Digimat-FE
行業(yè)：軍工領域
具體應用：快速評估材料性能

挑戰(zhàn)

      TATB基PBX內(nèi)部包含著大量不規(guī)則、跨尺度的孔隙，研究孔隙對TATB基PBX力學性能的影響規(guī)律，對認識炸藥的承載能力和結構失效機制均具有重要意義。由于孔隙結構形態(tài)復雜且無序分布，再加上目前實驗手段的限制，難以從實驗上建立孔隙與PBX宏觀力學性能的定量關系。以材料微觀結構為基礎的熱力學數(shù)值預測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個問題。采用Digimat-FE模塊中的RVE建模方法，建立了填充相、基體相和氣孔相三相有限元計算模型。

Digimat-FE 示意圖

具體操作流程

      首先對材料特性進行設定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項的設定，和氣泡作為夾雜相的設定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分數(shù)設定為70%，孔隙度設定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結劑，可以從生成的下表中看出實際生成的TATB體積分數(shù)為0.692509，空穴的體積分數(shù)為0.0500096，與設定誤差非常小。

材料組成及RVE微結構設置生成

RVE單元各相體積分數(shù)比

然后利用內(nèi)置前處理劃分網(wǎng)格。20秒鐘后，系統(tǒng)自動幾何網(wǎng)格，并劃分合適的網(wǎng)格。

      接下來需要劃分設定載荷，F(xiàn)E當中支持內(nèi)部設定載荷，可以設定軸向，雙軸，剪切等載荷類型。這里我們設置沿x軸拉伸。加載類型為應變加載，峰值為0.3。

      然后就可以得到分析的結果，例如應力分布，位移分布云圖等必要信息：

      如果需要計算它的工程常數(shù)，亦無需通過結果進行手算推導，在Digimat-FE下我們可以在載荷加載時做如下設定，選擇automatic properties evaluation，這里我們還可以快速計算計算E1，nu12，nu23，然后提交計算，我們可以獲得以下工程常數(shù)。

      從建模到工程常數(shù)的提取，僅僅只需要10分鐘不到的時間就可以完成。

結論

      使用Digimat-FE的先進技術可以快速提高仿真預測：

         1）快速生成代表性單元RVE

         2）快速生成網(wǎng)格并求解

         3）自動化生成屬于材料參數(shù)

      能夠快速的將結構計算整合到PBX的迭代中，不會影響交付日期。