固体推进剂损伤多尺度模拟

本书系统论述了固体推进剂的分子动力学、力学性能和损伤及演化过程的数值模拟和实验研究。全书共分为7章，主要介绍了固体推进剂在微观、细观和宏观多尺度力学损伤研究的必要性，分章重点介绍了微观动力学方法模拟计算固体推进剂用新型含能材料分子间相互作用、复合推进剂变形损伤、基于数字图像相关方法理论的固体推进剂细观破坏定量表征、固体推进剂的宏细观数值模拟及基于损伤的复合推进剂黏超弹本构模型，最后总结了固体推进剂多尺度模拟技术的发展需求和趋势以及对发展固体推进剂多尺度模拟技术的一些建议。本书可供从事含能材料、复合推进剂、固体推进剂和数值模拟及力学实验科研、生产的专业技术人员参考，也可作为高等院校相关专业的教师及研究生参考书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 固体推进剂 2
1.3 分子动力学研究进展 3
1.3.1 固体推进剂分子动力学模拟 4
1.3.2 分子动力学方法在固体推进剂中的应用 8
1.3.3 分子动力学方法在单体中的应用 18
1.3.4 分子动力学方法在混合中的应用 19
1.3.5 分子动力学方法在高分子材料中的应用 28
1.4 推进剂的宏细观损伤研究进展 34
1.4.1 推进剂损伤实验研究 34
1.4.2 推进剂损伤数值模拟研究 39
1.5 复合固体推进剂本构模型研究进展 44
参考文献 46
第2章 固体推进剂分子动力学数值模拟 56
2.1 概述 56
2.2 计算方法 56
2.2.1 力场的选择 56
2.2.2 物理建模过程 57
2.2.3 分子动力学模拟细节 69
2.2.4 静态力学性能计算原理 69
2.2.5 PPESK/ε-CL-20性能模拟计算 70
2.2.6 介观动力学模拟 71
2.2.7 共晶含能材料分子动力学模拟 71
2.2.8 样品制备及试验测试 74
2.3 微观动力学模拟 75
2.3.1 GAP/不同增塑剂共混体系 75
2.3.2 NC/TMETN体系 78
2.3.3 NC/DIANP体系 80
2.3.4 NC/NG体系 84
2.3.5 NC/DNTF体系 99
2.3.6 NC/Bu-NENA体系 102
2.3.7 NC/PEG体系 107
2.3.8 HTPE/不同增塑剂体系 112
2.3.9 CL-20/含能黏结剂体系 116
2.3.10 PPESK/ε-CL-20复合体系 122
2.3.11 含氟聚合物包覆铝粉体系 126
2.3.12 PEG与铝颗粒体系 130
2.4 介观动力学模拟 133
2.4.1 NC/增塑剂体系相互作用参数 133
2.4.2 分子的高斯链结构 134
2.4.3 增塑剂种类对体系相结构的影响 135
2.4.4 增塑剂含量对体系相结构的影响 137
2.4.5 温度对体系相结构的影响 138
2.4.6 NC/TMETN介观分子动力学模拟 139
2.5 共晶含能材料分子动力学模拟 140
2.5.1 CL-20/HMX共晶 140
2.5.2 CL-20/FOX-7共晶 151
2.5.3 CL-20/TATB共晶 155
2.5.4 HMX/FOX-7共晶 159
参考文献 164
第3章 复合固体推进剂变形损伤过程研究 170
3.1 概述 170
3.2 推进剂单轴拉伸实验 170
3.2.1 实验方法 170
3.2.2 实验结果及分析 171
3.3 推进剂断口扫描电镜观测 177
3.3.1 实验设备 177
3.3.2 断口形貌分析 177
3.4 原位拉伸动态观测实验 180
3.4.1 实验方案 180
3.4.2 实验结果及分析 181
3.5 裂纹很好损伤扩展过程观测 187
3.5.1 实验方案 187
3.5.2 损伤扩展过程分析 189
参考文献 191
第4章 基于数字图像相关方法的细观破坏定量表征 192
4.1 概述 192
4.2 数字图像相关方法基本理论 192
4.3 数字图像相关方法计算机实现 193
4.4 非线性优化 197
4.4.1 初始化 197
4.4.2 高斯-牛顿非线性迭代最小二乘法 198
4.4.3 前向加性高斯-牛顿法 199
4.5 推进剂数字图像相关方法分析过程 202
4.5.1 计算区域设置 202
4.5.2 大变形处理方法 203
4.6 推进剂变化破坏过程定量表征 203
4.6.1 拉伸过程的DIC结果分析 203
4.6.2 裂纹扩展过程的DIC结果分析 206
参考文献 209
第5章 推进剂宏细观数值模拟及验证 211
5.1 概述 211
5.2 基于子模型的宏细观数值模拟方法 211
5.2.1 非线性有限元方程 211
5.2.2 界面单元及本构模型 213
5.3 计算模型及参数 217
5.3.1 计算模型 217
5.3.2 材料属性及参数 223
5.4 宏细观数值模拟结果及验证 226
5.4.1 应力-应变分析 226
5.4.2 界面脱湿分析 227
5.4.3 实验与数值结果对比 228
参考文献 228
第6章 基于损伤的复合推进剂黏超弹本构模型 231
6.1 概述 231
6.2 复合推进剂宏观力学特性 231
6.2.1 黏弹特性 231
6.2.2 非线性 236
6.3 基于损伤的非线性黏超弹本构模型 239
6.3.1 黏超弹本构模型 239
6.3.2 黏超弹本构参数的实验获取 246
6.3.3 损伤黏超弹本构模型 252
6.3.4 损伤内变量的选择和损伤函数的实验确定 254
6.4 本构模型的数值算法和验证计算 260
6.4.1 小变形下线黏弹性本构方程数值算法 260
6.4.2 有限变形下黏超弹性本构方程的数值算法 264
6.4.3 基于损伤的黏超弹性本构方程的数值算法 268
6.4.4 本构模型的仿真验证 271
6.5 小结 279
参考文献 279
第7章 固体推进剂数值模拟的发展与趋势 282
7.1 概述 282
7.2 固体推进剂多尺度模拟发展 282
7.3 对发展固体推进剂数值模拟的思考与建议 284
参考文献 285