炸藥性能仿真的案例
案例 | 利用Digimat快速評(píng)估聚合物炸藥的材料性能
綜述
高聚物粘結(jié)炸藥PBX是現(xiàn)代火箭推進(jìn)劑及爆破物的主要成分。它是以TATB為主體，加入粘結(jié)劑粉末壓制成形的復(fù)合材料，由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和安全性能而得到廣泛應(yīng)用。通過Digimat-FE可以快速評(píng)估組成成分對(duì)炸藥性能的影響。
主要亮點(diǎn)
應(yīng)用產(chǎn)品：Digimat-FE
行業(yè)：軍工領(lǐng)域
具體應(yīng)用：快速評(píng)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(duì)TATB基PBX力學(xué)性能的影響規(guī)律，對(duì)認(rèn)識(shí)炸藥的承載能力和結(jié)構(gòu)失效機(jī)制均具有重要意義。由于孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜且無序分布，再加上目前實(shí)驗(yàn)手段的限制，難以從實(shí)驗(yàn)上建立孔隙與PBX宏觀力學(xué)性能的定量關(guān)系。以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測模型，用代表體積元法（Representative
Volume
Element，RVE）可有效解決這個(gè)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(jì)算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?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(dòng)幾何網(wǎng)格，并劃分合適的網(wǎng)格。
展開 低場核磁在火炸藥交聯(lián)固化、老化性能評(píng)估中應(yīng)用
火炸藥是由含能材料與其它功能性材料組成的復(fù)合材料體系，作為武器彈藥動(dòng)力和毀傷能源，其老化性能研究一直受到各國研究者和軍方的關(guān)注 。
對(duì)于含高分子黏合劑的復(fù)合固體推進(jìn)劑及高聚物黏結(jié)炸藥（PBX），其黏合劑的結(jié)構(gòu)與性能是影響其老化過程中力學(xué)性能、安全性能及結(jié)構(gòu)完整性的關(guān)鍵因素 。
因此，高分子黏合劑體系結(jié)構(gòu)與性能的快速、準(zhǔn)確表征與評(píng)價(jià),是研究復(fù)合固體推進(jìn)劑和炸藥老化性能的關(guān)鍵 。
國高材分析測試中心
低頻核磁共振儀
能夠?qū)θ芤骸⒛z、固體、顆粒等狀態(tài)樣品進(jìn)行無損的快速分析。可定量檢測彈性體交聯(lián)密度、增韌劑/橡膠含量、軟硬段比例、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、活化能、氟含量等。可對(duì)硫化過程、固化、老化過程、降解過程、材料吸濕和干燥過程等過程進(jìn)行過程檢測。可實(shí)現(xiàn)顆粒-聚合物相容性、顆粒表面改性程度、材料吸附性能評(píng)價(jià)、聚合物競爭性吸附、親疏水性表征等性能在線實(shí)驗(yàn)研究和工藝評(píng)價(jià)。
咨詢電話：020-66221668
低場核磁共振技術(shù)可以通過監(jiān)測聚合物體系中處于不同化學(xué)環(huán)境中的氫質(zhì)子的橫向弛豫時(shí)間T2 , 來表征聚合物的固化程度、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，是一種簡 單、無損、快速、定量的含高分子黏合劑復(fù)合固體推進(jìn)劑及炸藥老化性能變化關(guān)鍵參量評(píng)估方法。
低場核磁共振主要用于測定物質(zhì)中1H的弛豫特性分析，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1. 測試迅速、準(zhǔn)確;
2. 測定樣品時(shí)不需要處理樣品和侵入樣品內(nèi)部,對(duì)樣品不產(chǎn)生污染和破壞;
3. 測試過程不受樣品狀態(tài)、形狀的限制;
4. 能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測, 獲得樣品在時(shí)間上持續(xù)變化信息;
5. 檢測的試驗(yàn)溫度可控可按實(shí)驗(yàn)需求程序控制;
6.
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綜述
高聚物粘結(jié)炸藥PBX是現(xiàn)代火箭推進(jìn)劑及爆破物的主要成分。它是以TATB為主體，加入粘結(jié)劑粉末壓制成形的復(fù)合材料，由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和安全性能而得到廣泛應(yīng)用。通過Digimat-FE可以快速評(píng)估組成成分對(duì)炸藥性能的影響。
主要亮點(diǎn)
應(yīng)用產(chǎn)品：Digimat-FE
行業(yè)：軍工領(lǐng)域
具體應(yīng)用：快速評(píng)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(duì)TATB基PBX力學(xué)性能的影響規(guī)律，對(duì)認(rèn)識(shí)炸藥的承載能力和結(jié)構(gòu)失效機(jī)制均具有重要意義。由于孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜且無序分布，再加上目前實(shí)驗(yàn)手段的限制，難以從實(shí)驗(yàn)上建立孔隙與PBX宏觀力學(xué)性能的定量關(guān)系。以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個(gè)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(jì)算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?shù)比
然后利用內(nèi)置前處理劃分網(wǎng)格。
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綜述
高聚物粘結(jié)炸藥PBX是現(xiàn)代火箭推進(jìn)劑及爆破物的主要成分。它是以TATB為主體，加入粘結(jié)劑粉末壓制成形的復(fù)合材料，由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和安全性能而得到廣泛應(yīng)用。通過Digimat-FE可以快速評(píng)估組成成分對(duì)炸藥性能的影響。
主要亮點(diǎn)
應(yīng)用產(chǎn)品：Digimat-FE
行業(yè)：軍工領(lǐng)域
具體應(yīng)用：快速評(píng)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(duì)TATB基PBX力學(xué)性能的影響規(guī)律，對(duì)認(rèn)識(shí)炸藥的承載能力和結(jié)構(gòu)失效機(jī)制均具有重要意義。由于孔隙結(jié)構(gòu)形態(tài)復(fù)雜且無序分布，再加上目前實(shí)驗(yàn)手段的限制，難以從實(shí)驗(yàn)上建立孔隙與PBX宏觀力學(xué)性能的定量關(guān)系。以材料微觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的熱力學(xué)數(shù)值預(yù)測模型，用代表體積元法（Representative Volume Element，RVE）可有效解決這個(gè)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(jì)算模型。
Digimat-FE 示意圖
具體操作流程
首先對(duì)材料特性進(jìn)行設(shè)定，包括Binder和TATB材料特性以及TATB作為夾雜項(xiàng)的設(shè)定，和氣泡作為夾雜相的設(shè)定。在Digimat-FE中可以直接在geometry當(dāng)中生成幾何模型PBX代表體單元模型，其中TATB體積分?jǐn)?shù)設(shè)定為70%，孔隙度設(shè)定為5%，紅色為TATB，灰色為空穴，基材為粘結(jié)劑，可以從生成的下表中看出實(shí)際生成的TATB體積分?jǐn)?shù)為0.692509，空穴的體積分?jǐn)?shù)為0.0500096，與設(shè)定誤差非常小。
材料組成及RVE微結(jié)構(gòu)設(shè)置生成
RVE單元各相體積分?jǐn)?shù)比
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展開 
LS-DYNA中的點(diǎn)火增長模型應(yīng)用（1）：二維ALE算法的B炸藥沖擊起爆過程仿真 ￥48
圖2 2D多物質(zhì)ALE算法的沖擊起爆模型
付費(fèi)文件包括：2個(gè)K文件，采用2D多物質(zhì)ALE算法，1200m/s和1240m/s沖擊速度下的B炸藥沖擊起爆過程仿真K文件和答疑聯(lián)系方式。
計(jì)算結(jié)果動(dòng)畫展示：
炸藥驅(qū)動(dòng)破片數(shù)值仿真 ￥5
炸藥為圓柱形炸藥，破片為圓柱形破片
LS-DYNA中的點(diǎn)火增長模型應(yīng)用（3）：3D SPH算法的PBX9501炸藥沖擊起爆過程仿真 ￥86.66
</p><p class="ql-align-justify"> 本文采用<strong>三維SPH算法</strong>對(duì)<strong>PBX9501炸藥的沖擊起爆過程</strong>進(jìn)行仿真計(jì)算，炸藥為直徑8mm，高度20mm的柱狀炸藥，設(shè)置以850m/s的沖擊速度進(jìn)行平板撞擊，計(jì)算過程中設(shè)置<strong>*DATABASE_TRACER</strong>關(guān)鍵字進(jìn)行壓力的存儲(chǔ)記錄。</p><ul><li class="ql-align-justify">計(jì)算結(jié)果：① 850m/s沖擊速度下，PBX9501炸藥棒于10mm處產(chǎn)生穩(wěn)定爆轟，炸藥起爆成功；②10mm距離之前，爆炸壓力隨距離逐漸增大，炸藥反應(yīng)不完全，<strong>10mm之后爆轟壓力大致相同，為45GPa左右，炸藥反應(yīng)度達(dá)到1，反應(yīng)完全。</strong></li><li class="ql-align-justify">付費(fèi)文件包括：K文件，采用<strong>三維SPH算法，PBX9501炸藥的沖擊起爆過程</strong>仿真K文件和答疑聯(lián)系方式，文件包括<strong>SPH單元網(wǎng)格和原始Solid單元網(wǎng)格</strong>。
展開 含鋁炸藥模型在水中爆炸的仿真應(yīng)用 ￥20
相比于普通炸藥，含鋁炸藥具有二次放熱的特性大大加強(qiáng)了炸藥的做功能力，有效得提高了戰(zhàn)斗部的毀傷威力，尤其在水中兵器領(lǐng)域。對(duì)含鋁炸藥的仿真不是很多，以下案例提供了一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值。
炸藥爆炸工字鋼混凝土仿真模擬 ￥5
炸藥TNT，流固耦合算法
【公開課】如何用高性能計(jì)算加速CAE仿真性能
4月17日19：30【技術(shù)鄰直播】
Altair官方高級(jí)技術(shù)經(jīng)理傾情分享
如何用高性能計(jì)算加速CAE仿真性能
眾所周知，CAE作為一門新興的學(xué)科已經(jīng)逐漸的走下神壇，成為了各大企業(yè)中設(shè)計(jì)新產(chǎn)品過程中不可缺少的一環(huán)。目前在航空、航天、能源動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域，利用 CAE 進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化也已成為標(biāo)準(zhǔn)的必經(jīng)步驟和手段。不同的CAE 應(yīng)用程序?qū)τ布Y源例如處理器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的要求各不相同，如何用高性能計(jì)算加速CAE仿真性能，這就是本期老師要分享的內(nèi)容。
課程大綱
Ⅰ
不同的CAE應(yīng)用該如何配置高性能計(jì)算
Ⅱ
引入HPC及云平臺(tái)加速現(xiàn)有資產(chǎn)價(jià)值
Ⅲ
Altair PBS關(guān)鍵技術(shù)介紹
講師：王軼華
Altair企業(yè)解決方案部技術(shù)經(jīng)理
十多年時(shí)間專注在HPC技術(shù)領(lǐng)域工作，數(shù)十個(gè)高性能計(jì)算項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)國內(nèi)多個(gè)航空航天，汽車，能源客戶的HPC基礎(chǔ)架構(gòu)規(guī)劃及性能優(yōu)化，目前主要負(fù)責(zé)中國區(qū)Altair PBS Works產(chǎn)品線的團(tuán)隊(duì)建設(shè)、產(chǎn)品售前、合作伙伴支持等工作。
戳戳戳“立即報(bào)名”
TIPS：如果想提升CAE仿真工作效率，千萬不要錯(cuò)過這場免費(fèi)公開課哦！
展開 設(shè)計(jì)仿真 | MSC Apex與MSC Nastran聯(lián)合仿真顛覆競技運(yùn)動(dòng)自行車性能設(shè)計(jì)
Kú TF1通過采用CAE技術(shù)和一級(jí)方程式實(shí)踐，提供各種相關(guān)的性能解決方案，以創(chuàng)造一種空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)高效的車輛。
電磁仿真 | 空客成功挑戰(zhàn)抗雷擊性能，仿真結(jié)果與現(xiàn)場測試結(jié)果高度吻合
座艙網(wǎng)格劃分模型
歐洲航空航天界的翹楚空中客車，近期使用Ansys EMA3D和MHARNESS，在采用金屬、碳纖維復(fù)合材料、銅箔的混合座艙設(shè)計(jì)中，仿真抗雷擊性能。這次仿真屬于專注于開發(fā)未來飛機(jī)的技術(shù)研究項(xiàng)目的組成部分，旨在開發(fā)出兼具高度環(huán)保、成本效益超群的航空運(yùn)輸系統(tǒng)。
具體而言，空中客車工程師希望驗(yàn)證模型能以多精確的準(zhǔn)確性預(yù)測坐艙復(fù)雜電子裝置和布線系統(tǒng)在感應(yīng)瞬態(tài)影響下的整體電磁行為。這有助于他們了解仿真結(jié)果與現(xiàn)場測試結(jié)果的吻合度。
對(duì)物理測試的補(bǔ)充
一次雷擊可能產(chǎn)生數(shù)百萬伏特電壓，數(shù)十萬安培電流。當(dāng)這樣強(qiáng)大的能量注入到飛機(jī)里時(shí)，可能會(huì)對(duì)飛機(jī)造成嚴(yán)重破壞。雷擊可以點(diǎn)燃易燃?xì)怏w、熔化金屬部件、擊穿和分離復(fù)合材料部件，以及干擾安全與任務(wù)關(guān)鍵性系統(tǒng)（包括電氣設(shè)備和電子設(shè)備）的正常運(yùn)行。最惡劣情況下，雷擊還曾導(dǎo)致飛機(jī)墜機(jī)，盡管這種情況極為罕見。上一起重大事故發(fā)生在數(shù)十年前。
為提升整體飛行安全，飛機(jī)制造商為每架飛機(jī)都設(shè)計(jì)了防雷裝置。
評(píng)估防雷裝置的有效性，通常重點(diǎn)在于對(duì)部件和組件（而非整架飛機(jī)）進(jìn)行物理測試。這是因?yàn)橹挥袠O少數(shù)設(shè)施能對(duì)整架飛機(jī)開展真實(shí)的完整威脅測試，而且測試過程難度大，頗具破壞性及危險(xiǎn)性。
此外，物理測試還會(huì)導(dǎo)致成本增加、開發(fā)周期延長。例如，對(duì)正在研發(fā)的飛機(jī)進(jìn)行全面的物理測試需要制造原型機(jī)，這不僅需要花費(fèi)數(shù)月時(shí)間，而且成本高昂。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Adams FMI聯(lián)合仿真助力福特汽車優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和NVH性能
挑 戰(zhàn)
在開發(fā)一種新車型時(shí)，工程師們要負(fù)責(zé)滿足各種經(jīng)常相互沖突的性能目標(biāo)。燃油經(jīng)濟(jì)性和NVH性能是最重要的兩類目標(biāo)。對(duì)于拖拽，NVH工程師通常負(fù)責(zé)保持變速器輸出軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)幅值低于目標(biāo)值。NVH團(tuán)隊(duì)自然更喜歡大的滑移，以幫助實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)，而負(fù)責(zé)燃油經(jīng)濟(jì)性的團(tuán)隊(duì)則希望滑移盡可能低，以實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。到目前為止，直到在產(chǎn)品開發(fā)過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進(jìn)行了測試，才有可能高精度地確定扭轉(zhuǎn)振動(dòng)振幅。然而，在這個(gè)后期階段，設(shè)計(jì)被凍結(jié)了，更改成本相當(dāng)高，可能會(huì)推遲生產(chǎn)。福特正在尋找一種方法來模擬不同液力變矩器設(shè)計(jì)的影響，以便工程師能夠在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段進(jìn)行智能權(quán)衡。
解決方案
福特工程師利用Adams的控制聯(lián)合仿真來支持功能模型重用接口(FMI)工具，該工具獨(dú)立于模型交換或聯(lián)合仿真的開放標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。FMI標(biāo)準(zhǔn)使得從一組數(shù)字組裝的物理定律和控制系統(tǒng)模型創(chuàng)建虛擬產(chǎn)品成為可能。模型的FMI實(shí)例稱為功能模型單元(FMU)。FMU是一個(gè)格式化文件，包含XML格式的模型描述文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫和模型數(shù)據(jù)文件。FMI可用于模型交換或協(xié)同仿真。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Adams FMI聯(lián)合仿真助力福特汽車優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和NVH性能
燃油經(jīng)濟(jì)性和NVH性能是最重要的兩類目標(biāo)。對(duì)于拖拽，NVH工程師通常負(fù)責(zé)保持變速器輸出軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)幅值低于目標(biāo)值。NVH團(tuán)隊(duì)自然更喜歡大的滑移，以幫助實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)，而負(fù)責(zé)燃油經(jīng)濟(jì)性的團(tuán)隊(duì)則希望滑移盡可能低，以實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。到目前為止，直到在產(chǎn)品開發(fā)過程的后期階段，一輛原型車被制造出來并進(jìn)行了測試，才有可能高精度地確定扭轉(zhuǎn)振動(dòng)振幅。然而，在這個(gè)后期階段，設(shè)計(jì)被凍結(jié)了，更改成本相當(dāng)高，可能會(huì)推遲生產(chǎn)。福特正在尋找一種方法來模擬不同液力變矩器設(shè)計(jì)的影響，以便工程師能夠在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段進(jìn)行智能權(quán)衡。
解決方案
福特工程師利用Adams的控制聯(lián)合仿真來支持功能模型重用接口(FMI)工具，該工具獨(dú)立于模型交換或聯(lián)合仿真的開放標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。FMI標(biāo)準(zhǔn)使得從一組數(shù)字組裝的物理定律和控制系統(tǒng)模型創(chuàng)建虛擬產(chǎn)品成為可能。模型的FMI實(shí)例稱為功能模型單元(FMU)。FMU是一個(gè)格式化文件，包含XML格式的模型描述文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫和模型數(shù)據(jù)文件。FMI可用于模型交換或協(xié)同仿真。
展開 OpenFOAM 開放泡沫中離心泵的性能仿真 ￥10
在 OpenFOAM 中使用 MRFSimpleFoam 對(duì)離心泵進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。對(duì)于此模擬，泵的 CAD 模型是在 FreeCAD 中生成的。泵模型由入口區(qū)域、葉輪和蝸殼組成。在 Salome 中分別為每個(gè)區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，然后在 OpenFOAM 中合并這些網(wǎng)格。在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對(duì)于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項(xiàng)。進(jìn)行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計(jì)。根據(jù) CFD 結(jié)果計(jì)算出揚(yáng)程和功率項(xiàng)等泵特性，并與經(jīng)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。
