Simulador de daños de material energético heterogéneo (HEDS): Un enfoque de aprendizaje profundo para simular las vinculaciones entre daño y sensibilidad

El daño en las microestructuras de materiales energéticos (EMs), como propulsores y explosivos plásticos (PBXs), puede alterar significativamente su respuesta a cargas externas. Pueden ocurrir tanto la sensibilización como la desensibilización, lo que genera preocupaciones sobre la seguridad y rendimiento en el campo; los modelos predictivos que conectan el daño y la sensibilidad de los EMs pueden permitir un diseño y proporcionar confianza en su robustez y fiabilidad. Sin embargo, la modelación de la evolución del daño es un desafío para las microestructuras reales de los EMs; las muestras de EMs dañados son difíciles de obtener, lo que dificulta los experimentos y las simulaciones numéricas directas para determinar la sensibilidad de los EMs en varias etapas de daño. Aquí, desarrollamos un enfoque para generar microestructuras dañadas sintéticas, es decir, producidas in silico, para su uso en simulaciones que conectan los niveles de daño con la sensibilidad. El desarrollo del presente flujo de trabajo para generar e imponer niveles variables de daño en microestructuras, conocido como HEDS (Simulador de Daño de Material Energético Heterogéneo), comienza con un pequeño conjunto de imágenes de PBXs dañados y combina una colección de técnicas de redes neuronales profundas para generar microestructuras con niveles variables de daño. Al hacer que las microestructuras sintéticas se ajusten estrechamente a las observadas en microestructuras reales disponibles, desarrollamos un conjunto de microestructuras dañadas que pueden ser utilizadas para experimentos de choque in silico. HEDS desarrolla estos conjuntos de microestructuras como campos de nivel set, que se emplean directamente en un hidro código Euleriano de interfaz aguda donde se realizan simulaciones de choque para cuantificar la tasa de liberación de energía de los campos de puntos calientes generados en la microestructura. Estas capacidades pueden ser útiles para el análisis y la evaluación de cambios en la sensibilidad de los EMs y para diseñar formulaciones que sean menos susceptibles a cambios en la sensibilidad y el rendimiento inducidos por el daño.