固体推进剂贮存寿命非破坏性评估方法(II)——动态力学性能主曲线监测法

对动态力学性能和静态力学性能的关系进行了理论分析,认为二者之间存在对应关系。通过对采用动态力学分析(DMA)法得到的动态储能模量主曲线和材料试验机得到的静态松弛主曲线进行对比,验证了这种关系。提出了根据动态和静态力学性能关系,利用动态储能模量主曲线得到静态松弛模量和静态强度,以评估推进剂老化状态的非破坏性方法。预测值和实测值的比较结果显示,该方法能够较好地评估推进剂的寿命状态。     

固体推进剂贮存寿命非破坏性评估方法(Ⅱ)--动态力学性能主曲线监测法

对动态力学性能和静态力学性能的关系进行了理论分析,认为二者之间存在对应关系.通过对采用动态力学分析(DMA)法得到的动态储能模量主曲线和材料试验机得到的静态松弛主曲线进行对比,验证了这种关系.提出了根据动态和静态力学性能关系,利用动态储能模量主曲线得到静态松弛模量和静态强度,以评估推进剂老化状态的非破坏性方法.预测值和实测值的比较结果显示,该方法能够较好地评估推进剂的寿命状态.     

一种利用动态模量主曲线估算抗拉强度主曲线的方法

为获得抗拉强度主曲线,基于动态储能模量主曲线、应力松弛模量主曲线和Griffith方程,建立了固体推进剂动态和静态单向拉伸力学性能之间量化关系,即考虑温度折算后,推进剂抗拉强度之比等于动态模量相应变换后的均方根之比。依据这种关系,可从动态模量主曲线估算出推进剂在任意温度和拉速下的应力值,进而绘制成抗拉强度主曲线。将计算值与实测值进行对比,结果较一致。利用所得抗拉强度主曲线,可推广用于评估推进剂药柱是否具备承受点火冲击的力学性能。     

基于细观模型的复合推进剂宏观松弛行为

采用随机算法生成了指定体积分数的复合固体推进剂细观分析模型。通过有限元方法及对细观场量的均匀化处理,对复合固体推进剂不同随机分布、颗粒尺寸分布及在不同应变水平下的力学响应进行了数值模拟,研究了颗粒分布随机性及颗粒大小对推进剂松弛性能的影响,并预测推进剂在宏观上的松弛行为。类比于时间温度等效原理,建立了复合推进剂时间-应变等效,并通过该原理将各应变水平松弛曲线沿时间轴平移,得到复合推进剂的预测松弛模量主曲线,预测结果与试验结果吻合较好。通过该方法生成的细观分析模型,可直观描述细观结构损伤对推进剂松弛力学性能的影响,并可在一定程度上预测不同配比方案复合推进剂的宏观松弛行为,对复合固体推进剂的配方设计及固体火箭发动机装药设计具有一定的指导意义。     

用内压降压试验和埋入式传感器测定固体推进剂的有效模量

赫克力斯(Hercules)公司研制了一种无损试验方法,用埋入式应力传感器系统测定全尺寸老化试验发动机的推进剂模量。该方案包括两项实验计划,一项为标定试样试验;另一项为全尺寸发动机试验。第一项计划用来确定传感器响应和推进剂模量间的关系。其方法是将三种型号的赫克力斯传感器预埋在已知拉伸模量值的推进剂中制成标定试样,进行定水压试验和高速降压试验。根据试验数据作出定压载荷下三种型号传感器响应和推进剂模量的关系曲线。然后根据降压试验数据和定压试验结果提出一项确定标定试样模量的程序。第二项计划采用一台三叉戟-Ⅰ第三级老化试验发动机,发动机绝热层粘贴有几个赫克力斯传感器,采用标定试样所用的低定压试验和快速降压试验方法,根据埋入传感器的响应确定发动机推进剂的模量。实测推进剂模量值和从应力松弛模量主曲线算出的值相当接近。     

由应力松弛试验数据确定松弛模量和蠕变柔量

用粘弹性有限元法计算药柱应力需要给出推进剂的松弛模量和蠕变柔量的Ｐｒｏｎｇ级精有达式，利用应力松弛模量的Ｐｒｏｎｇ级数模式，通过最小二乘法对由试验求得的应力松弛模量－时间曲线进行拟合，求出松弛模量的Ｐｒｏｎｇ级数中系数和指数，再利用蠕变柔量与松弛模量的关系式，求得蠕变柔量的Ｐｒｏｎｇ级数中的系数和指数，以此计算药柱的应力。     

固体推进剂时间—温度转换因子的一种实际测定法

为了证明固体推进剂的时间—温度支配方程,能用有限的试验数据客观地表征出来,而对其相互关系进行了评价。这个概念的基础是过去对弹性体和推进剂性能的观察。已经发现这些弹性体和推进剂的主松弛曲线的大部分都符合修正的指数定律。经验也表明loga_T服从于用两个材料参数表达的简化关系式。在给定的松弛时间点上,用应力松弛模量来计算这些参数就需要一条与试验温度有关的曲线。虽然也可以用常应变速率下的初始正切模量和拉伸强度来确定loga_T的关系,但结果常常和用应力松弛数据得出来的结果不一致。预期将来应用这个概念能够评价聚合物的链缠结、内部流动和应变扩张等效应。     

NEPE推进剂用HTPB衬层老化研究(Ⅱ)——化学参量表征老化效应的应力松弛模型

为了研究NEPE推进剂环境下HTPB衬层老化对松弛模量的影响,从75℃老化不同时间的NEPE推进剂/HTPB衬层粘接试件中取得衬层试样,进行了不同温度下衬层的拉伸应力松弛测试,并获得了相应的凝胶分数测试数据。根据时-温等效原理将不同老化时间的衬层的松弛模量数据制作成松弛模量主曲线,并分别用Prony级数进行拟合。结果显示,老化对松弛模量的弹性部分有显著影响,对粘性部分影响很小。忽略老化对粘性部分的影响,建立了含老化效应的衬层应力松弛模型。建立了修正的弹性模量-凝胶分数关系模型,并根据衬层实验数据验证了该模型。结合上述2个模型,得到了化学参量表征老化效应的衬层应力松弛模型。对该模型的应用进行了讨论,发现外推至常温,应力松弛与老化在不同的时间尺度起作用,松弛模量可用分段函数描述。     

固体推进剂体积形变实验研究

介绍和分析了自行研制的非接触测量体积形变测试系统。采用该系统测出了固体推进剂在不同温度下的体积松弛模量和体积蠕变柔量,并给出了相应的体积模量主曲线的数学表达式.该结果对药柱结构完整性分析、配方工艺研究和使用寿命预估均有实用意义。     

基于粘弹性VCFEM的复合固体推进剂等效松弛模量预示方法研究

复合固体推进剂松弛模量一定程度上决定了固体发动机的结构完整性和贮存寿命,为获得推进剂组分材料参数、夹杂相质量分数、级配的质量分布和粒径比等细观特征参数对等效松弛模量的影响规律,基于Prony级数粘弹性本构模型在时域内的离散形式,推导了含夹杂相粘弹性VCFEM(Voronoi单元有限元方法)的有限元列式,结合二分法提出了推进剂等效松弛模量预示方法,采用随机抽样的方式完成了不同细观特征参数下推进剂等效松弛模量的影响分析。结果表明,夹杂相的组分材料参数和颗粒级配对等效模量的影响较小,在给定的参数变化范围内,结果的变化幅度小于10%,而基体相模量和夹杂相质量分数对等效松弛模量的影响非常显著,分别呈现线性增长和加速增长的趋势。     

纤维增强陶瓷基复合材料中纤维增韧分析模型

对于单向纤维增强陶瓷基复合材料，在考虑纤维桥联和纤维拔出两种主要增韧机理的基础上，建立了研究紧凑拉伸试样断裂行为的理论模型，并利用该模型计算了裂纹扩展的Ｒ－阻力曲线和载荷／位移曲线，计算结果表明：由于纤维桥联与拔出，使得Ｒ－曲线和载荷／位移曲线呈现明显的非线性行为，纤维桥联是主要增韧机制。体积分数５０％ＳｉＣ１／ＬＡＳ复合材料断裂韧性的计算值与实验值吻合。     

球形二硝酰胺铵研究

介绍了硝酰酰胺铵（ADN）的液相凝聚成球方法，并对球形ADN的吸湿性，感度（撞击，摩擦），粒度分布以及颗粒表面进行了测试和分析。结果表明，球形ADN吸湿性，感应优于非球形ADN。用这种方法制得的球形ADN粒径为5－800μm.     

有机硅改性环氧丙烯酸酯的紫外固化研究

用端甲氧基聚硅氧烷对双酚A型环氧丙烯酸酯进行了改性，该改性体系在安息香甲醚为引发剂时可成功地进行紫外固化，实验结果表明脂肪族聚氨酯丙烯酸酯可明显改善体系的柔韧性，二缩三丙二醇二丙烯酸酯可明显改善体系的粘度，提高紫外固化活性，三乙醇胺能有效防止氧气对自由基聚合的表面阻聚作用。     

法兰连接密封结构的贮存可靠性分析

确定了固体火箭发动机法兰连接密封结构的失效模式，并用多模式结构可靠性分析方法对法兰连接密封结构的可靠性进行了分析和评估，给出了对接密封结构的可靠性随时间的规律，以及长期贮存的可靠寿命。     

固体火箭发动机总体设计水平的模糊综合评判

基于模糊逻辑，建立了评判固体火箭发动机总体设计水平两级指标体系和模糊综合评判方法，采用给定满意区间的方法提高了可量化指标隶属度的准确性。算例表明，该方法较全面地反映了固体火箭发动机总体设计水平。     

Zr基大块非晶合金的制备及力学性能

采用石墨坩强弧熔炼法制备了直径20mm、长90mm的Z 41.2T13.8C12.5Ni10Be22．5大块非晶合金；利用DSC和DTA测试了不同升温速度下非晶合金过冷液相区△Tx和约化玻璃温度Tr，分析了约化玻璃温度Tr值与非晶形成能力间的关系，力学性能测试结果表明，该非晶合金具有远高于相关晶态金属的抗拉强度（1808MPa)，抗弯强度（3700MPa)、维氏硬度（580）以及良好的弹性（E＝98GPa)，并从微观结构角度对非晶态合金的优异性能机制进行了初步分析。     

纳米炭分对炭／酚醛材料性能的影响

用纳米级炭粉对炭／酚醛复合材料性能进行了改进。对纳米级炭粉加入后酚醛树脂的热解性能,材料的烧蚀性能、常温下力学性能、热性能及炭化后材料的层间剪切强度的测定结果表明,材料性能得到不同程度的提高,特别是热膨胀特性及高温下层间剪切强度得到大幅度提高。     

基于多目标遗传算法的固体火箭发动机面向成本优化设计

多目标优化设计的概念和方法被方法用于面向成本设计，采用一种基于Pareto最优解的多目标遗传算法－－NSGA－Ⅱ算法，以某固体火箭发动机为算例，利用成本模型和工程模型，以产品的性能和成本作为目标函数进行了多目标优化设计，计算结果表明，NSGA－Ⅱ算法得到的非劣解在目标空间分布均匀，算法收敛性和鲁棒性好，基于NSGA－Ⅱ算法的面向成本多目标优化设计方法为产品在方案阶段开展性能和成本之间的权衡分析提供了有效的工具。     

复合材料壳体固体发动机药柱工作内压三维结构分析

对复合材料壳体的固体发动机药柱在工作内压作用下的变形和三维应力、应变进行了计算。复合材料壳体简化为正交各向异性结构，确定其弹性材料常数和材料的主轴方向，壳体变形计算和多次水压测试结果基本一致，在此基础上进行了药柱的三维应力、应变分析，为药柱完整性分析提供了参考。     

三种碳物质对RDX-CMDB推进剂热分解的影响

利用压力ＤＳＣ研究了７ＭＰａ时Ｃ６０、富勒烯烟炱（ＦＳ）和炭黑（ＣＢ）对催化的ＲＤＸ－ＣＭＤＢ推进剂热分解特性的影响。结果表明：使推进剂表现分解热愈大的碳物质，则导致推进剂的燃速愈高。和参比推进剂相比，含ＦＳ的推进剂表现分解热大，故燃速也高，增速作用亦大。不同碳物质导致推进剂表观分解热增加率的大小顺序为：ＦＳ〉ＣＢ〉Ｃ６０。