基于扩展有限元法的PBX试件裂纹扩展数值模拟分析

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1、硕士学位论文基于扩展有限元法的PBX试件裂纹扩展数值模拟分析NumericalsimulationandanalysisofcrackpropagationinPBXspecimenbasedonextendedfiniteelementmethod檀世昱哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O346.1学校代码：10213国际图书分类号：539.4密级：公开工学硕士学位论文基于扩展有限元法的PBX试件裂纹扩展数值模拟分析硕士研究生：檀世昱导师：高晶波副教授申请学位：工学硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学

2、院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O346.1U.D.C:539.4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNumericalsimulationandanalysisofcrackpropagationinPBXspecimenbasedonextendedfiniteelementmethodCandidate：TanshiyuSupervisor：A.P.GaoJingboAcademicDegreeAppliedfo

3、r：MasterofEngineeringSpecialty：GeneralandFundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要现阶段，炸药作为各式各样武器的核心部件，在储存，运输以及发射过程中会经历复杂的外载荷作用。常见的受载形式包括压缩，剪切等，这些外载荷作用会导致结构内部产生损伤，稳定性下降，

4、使装药产生意外爆炸的风险，故对其进行断裂相关的分析是很有必要的。扩展有限元方法（XFEM）是一种新兴的裂纹扩展研究方法，应用该方法对裂纹扩展进行研究，可以得到裂纹的动态扩展过程，并可以避免由于网格重构及裂纹尖端奇异性所导致的复杂计算量。本文中应用此方法对PBX（PolymerBondedExplosives，高聚物粘结炸药）结构的开裂纹扩展过程进行仿真，并对仿真结果进行分析。本文应用了裂纹扩展准则及扩展有限元方法，对高聚物粘结炸药（PBX）的裂纹扩展情况进行研究。首先对PBX结构的裂纹扩展以及扩展有限元方法的研究现状进行

5、了阐述。然后对结构裂纹扩展相关理论及扩展有限元方法进行了研究，并按照参考文献中几何参数建立含预制裂纹混凝土三点弯曲梁模型，与文献中试验结果进行对比，来检验此方法的准确性。其次，建立含预制裂纹的PBX三点弯曲梁模型，进行数值仿真来研究其裂纹扩展特性。通过控制变量的方法，建立了含预制裂纹PBX三点弯曲梁的整体域细化模型、裂纹扩展域细化模型及实际边界条件三种模型，并对比分析了这三种因素对结构裂纹扩展及相关参数的影响。最后，建立了PBX战斗部模型，进行了侧向挤压及正向冲击两种工况下的裂纹扩展仿真，得到了结构的裂纹扩展过程及相关参

6、数，分析了战斗部结构的薄弱点，并以此为PBX战斗部结构的储存提供了理论基础。关键词：裂纹扩展仿真；扩展有限元法；最大主应力准则；PBX构件。IABSTRACTABSTRACTNowadays,asthecorecomponentofallkindsofweapons,explosiveswillexperiencecomplexexternalloadsduringstorage,transportationandlaunching.Thecommonformsofloadingincludecompression,sh

7、earing,andsoon.Theseexternalloadscancausedamageinthestructure,decreasethestabilityandcausetheriskofaccidentalexplosion.Therefore,itisnecessarytocarryouttheanalysisoffracturerelatedtoit.Theextendedfiniteelementmethod(XFEM)isanewresearchmethodforcrackpropagation.Us

8、ingthismethodtostudythecrackpropagation,thereal-timeupdatedcrackpropagationcanbeobtained.Italsocanavoidthecomplicatedcalculationcausedbygridreconstruction.This