考虑细观脱湿损伤的NEPE推进剂粘弹性本构模型研究

为了描述NEPE(Nitrate Ester Plasticized Polyether Propellant)复合固体推进剂的非线性粘弹性力学行为，基于粘弹性脱湿准则及所建立的粘弹性时间-损伤等效原理，将颗粒脱湿所造成的材料损伤以折算时间的形式引入至线性粘弹性本构关系中，从而建立起可考虑细观颗粒脱湿影响的NEPE复合固体推进剂非线性粘弹性本构模型。通过定制配方NEPE材料在不同温度(-50， -35， -20， 0， 20， 35及50°C)、不同应变水平(5%， 10%， 15%， 20%， 25%以及30%)的应力松弛试验及单轴拉伸试验，结合反演技术，获取了本构模型参数。最后利用Matlab软件平台实现了本构模型对于NEPE单轴拉伸力学行为的数值预测，数值计算结果与试验曲线较为吻合，预测数值与试验值差值在15%以内，说明所建本构模型能够较好地描述NEPE推进剂在一定应变率范围内(3.333×10-4～0.1s-1)的粘弹性力学行为，为预测具有复杂细观结构的复合固体推进剂的宏观力学行为提供了一条较为简单便利的实现方式。     

固体推进剂的热粘弹性有限元分析

本文首先从弹性——粘弹性的相似性出发,导出张量形式的三维线性热粘弹本构方程,然后根据虚功原理建立相应的有限元公式,最后编制了平面应变条件下的有限元分析程序TVE,并计算了二个实例。计算结果表明所介绍的分析方法与计算程序具有相当高的精度,可用于固体推进剂药柱在固化冷却过程巾的应力分析。     

粘弹性蜻蜓型翼挥拍的流固耦合求解途径初探

昆虫翼挥拍时的动态变形与受到的惯性力和气动力是相互影响的,这是一个复杂的流固耦合过程,本文利用简化的非定常气动力估算方法、简化的昆虫翼结构模型和简化的拍动方式,对该问题的耦合求解途径做了初次探索.首先,在比较了昆虫翼拍动中受到的惯性力和气动力大小的基础上,阐明了耦合求解蜻蜓翼变形过程的必要性.其次,提出一个迭代求解该耦合问题的简化方案,并利用有限元数值模拟了粘弹性蜻蜓模型翼绕定轴往复挥拍的变形过程,比较了耦合气动力前后的模型翼变形,并初步分析了能耗变化.     

基于损伤型本构高过载下装药强度数值仿真方法研究

为了准确反映改性双基推进剂装药在高过载发射条件下的破坏情况,采用基于含累积损伤的非线性粘弹性本构模型,利用ABAQUS有限元软件二次开发的UMAT子程序,对某型火箭弹在过载发射情况下的装药进行了数值研究,分析了装药在高过载条件下的变形行为和力学特性。结果显示,在最大加速度为1.39×104g的高过载下,最大应力发生在装药底部内孔处;装药径向尺寸变化很小,可以忽略发动机壳体对装药外表面的约束而将其视为自由表面。比较了最大应力强度准则和累积损伤准则对装药在加速度冲击和压强端面冲击载荷下破坏的判断,两种判据的结果都表明,装药在高过载冲击载荷下没有被破坏。     

基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

温度载荷下的药柱累积损伤分析

为研究温度载荷下的药柱累积损伤规律,应用线性累积损伤理论,建立了固体推进剂热粘弹性累积损伤模型,并根据不同应力水平下的蠕变破坏试验数据,获得了累积损伤的表达式;对药柱进行了热粘弹性有限元计算,得到了药柱危险部位的最大Von Mises应力随温度的变化规律,并讨论了不同贮存温度对药柱累积损伤的影响,最后针对典型海区的不同贮存温度进行了药柱的累积损伤算例分析.结果表明,温度是影响药柱损伤的重要因素,在热应力较大时药柱损伤并不总是较大;温度、应力大小以及作用时间共同决定着药柱的累积损伤.     

含损伤粘弹性本构及其在有限元分析中的实现

为研究固体发动机药柱的损伤粘弹性行为,针对一种耦合损伤的三维非线性粘弹性本构模型,采用积分算法对其进行了数值离散,导出了本构方程的增量有限元形式.针对该增量型本构方程对应的非线性方程组,建立了采用Newton-Raphson迭代法求解的应力更新方法,并基于Abaqus软件和Fortran语言开发了相应材料本构子程序,最后应用算例对所设计数值方法及程序进行了验证与分析.结果表明,本文有限元解与对应解析解吻合良好,保持了很高的精度,所设计方法及程序有效,可应用于实际型号发动机药柱损伤结构分析.     

粘弹性材料阻抗非局域特性实验验证

基于材料透射阻抗的定义阐述了粘弹性材料的局域和非局域性质,并阐述了阻抗矩阵和频响函数矩阵之间的关系.通过将声压表面力的分布离散为等效点力的方法导出了频响函数表达式.基于频响函数矩阵元素的表达式,对粘弹性材料平板进行了点力激振下振动透射的频响测量实验,同时用粘弹性有限元方法数值计算了该板的振动频率响应,实验和数值结果的一致不但验证了粘弹性材料频率响应和声阻抗的非局域特性,也说明了实验及数值方法的正确,为进一步研究打下基础.     

变截面星孔药柱在温度冲击载荷作用下的力学特性

基于热传导方程,时装有变截面星孔药柱的火箭发动机物理模型进行了合理简化,并根据推进剂材料的粘弹性本构关系,结合热流变简单材料的特性,对其受温度冲击栽荷的情况进行了数值计算,得到温度冲击载荷作用下药柱的实时温度场及应力.应变特性,分析了星尖处的应力随时间的变化及在药柱长度方向上的变化规律,得到药柱肉厚及温度冲击都会对应力...     

均匀受压粘弹性圆环稳定性分析

采用Boltzmann线粘弹性元件本构理论,运用假设模态法、Galerkin方法及数值计算相结合的方法,建立了均匀受压粘弹性圆环的屈曲模型,研究了粘弹性系统在外在载荷的作用下的极限载荷及稳定性位移问题。发现了粘弹性结构蠕变屈曲的典型特征：延迟失稳。通过极限分析法和数值方法研究了环失稳后的后屈曲模态及相关参数对系统后屈曲解的影响。