固体发动机界面脱粘低温探伤仿真研究

分析了利用工业CT对固体火箭发动机缺陷进行检测的局限性,提出低温冷冻扩大脱粘间隙的方法,利用Ansys软件仿真了同一温度载荷作用下脱粘间隙和初始脱粘长度的关系．得出可以利用低温检测方法部分检测到冷冻前检测不到的脱粘。     

基于细观力学的复合固体推进剂模量预估方法

应用分子动力学方法得到了复合固体推进剂颗粒在基体内随机分布的填充模型。针对推进剂所含颗粒大小不同,采用细观力学有限元法和Mori-Tanaka分析法相结合的方法计算了推进剂的模量,计算所得模量与不同颗粒体积分数推进剂的单向拉伸试验结果比较吻合。此外,该方法可以获得推进剂细观结构应力,从而为推进剂的细观损伤分析奠定基础。     

复合固体推进剂细观损伤扫描电镜实验及数值模拟

对复合固体推进剂进行单向拉伸载荷条件下的原位扫描电镜观察实验,分析其受载条件下的细观损伤发生及扩展特性。基于原位电镜图片,运用数字图像处理技术提取推进剂细观形貌,建立了推进剂椭圆形颗粒填充模型,对受载条件下颗粒与基体之间的脱粘行为进行数值模拟。研究表明,数值分析结果能反映推进剂受载条件下的细观损伤发生及扩展特性。     

双基推进剂包覆层界面脱粘敲击检测系统设计

双基推进剂橡胶包覆层界面脱粘降低了推进剂工作性能,使其运行存在潜在的安全隐患。针对此问题,设计并开发了一套由信号处理组件、自动化控制组件和智能诊断组件构成的敲击检测系统,旨在通过自动化控制与智能敲击诊断技术相结合,更加全面的获取待测件的状态,提高检测的准确性和可靠性。实验结果表明,敲击检测系统可以识别橡胶包覆层脱粘缺陷,并且当敲击检测分辨率为3~10 mm时,脱粘缺陷检测准确率≥87.5%;BP神经网络隐含层神经元数设置6或7时,故障识别效果良好,K-means聚类算法对敲击检测数据故障确诊率≥90%。综上所述,敲击检测系统具有较高的检测分辨率和准确率,可以实现对双基推进剂包覆层粘接质量的客观评价。     

燃烧条件下影响推进剂脱粘面扩展的因素

研究了固体火箭发动机推进剂与包覆层界面脱粘在燃烧条件下扩展的影响因素。对含有预制脱粘面的试件进行了大量的燃烧试验，用X射线实时成像系统记录了燃烧过程；根据组成试件的不同材料特性，分别用粘弹性和线弹性有限元方法计算了试件在燃烧过程中的应力应变状态，并利用修正后J积分法对脱粘面扩展的可能性进行了预估。理论分析和试验结果均表明：燃烧室增压速率、脱粘面尺寸、边界条件等因素对脱粘面扩展均有较强的影响。该研究结果对制定固体火箭发动机装药失效判据有一定参考价值。     

表界面化学原理在复合固体推进剂中的应用

从表界面化学基本原理出发,进行一些数理上的推导,探寻出复合固体推进剂各组份表面张力及极性分量的测试方法,并对各种组份间的界面张力和界面粘附功进行了估算,从而对固体推进剂药浆流变性能和药柱的力学性能进行了预估,同时为界面改性研究和功能助剂研究提供了理论依据。     

脱粘引起的燃面变化及其对发动机性能的影响

分析了推进剂药柱与衬层界面脱粘在不扩展条件下的燃面变化,并对相应的燃面面积进行了计算;通过对存在药柱与衬层界面脱粘发动机的内弹道仿真,得到了关于在脱粘面不扩展条件下不同脱粘部位和脱粘尺寸对发动机工作过程影响的一些结论.     

HTPB推进剂非线性粘弹特性的时温等效研究

为研究HTPB推进剂非线性粘弹特性的时温等效效应,推导了基于Schapery单积分非线性本构方程的HTPB推进剂时温等效理论表达式,给出了蠕变柔量主曲线的拟合方法。通过不同应力(0.1MPa,0.2MPa,0.3MPa)和不同温度(20℃,40℃,60℃,80℃)条件下HTPB推进剂蠕变试验,得到了参考温度(20℃)下的蠕变柔量主曲线。通过反复加载蠕变试验,分析了载荷变化对蠕变过程的影响。结果表明:不同温度下的蠕变柔量-时间对数曲线在稳定蠕变阶段具有良好的一致性,验证了HTPB推进剂非线性粘弹特性的时温等效效应;0.1MPa,0.2MPa和0.3MPa应力下的蠕变柔量主曲线时间尺度从试验测试的103s分别延伸到了10~(4.27)s,10~(4.17)s和10~(3.91)s;快速的应力释放和恢复加载过程不会影响整个蠕变过程,载荷变化蠕变过程的时温等效效应具有连续性。     

推进剂/包覆层界面脱粘率相关特性研究

固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂/三元乙丙(EPDM)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况,采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究,获取了脱粘界面扩展过程中的加载点载荷-位移曲线。同时,构建了界面率相关内聚力模型(CZM),并采用Hooke_Jeeves优化算法反演识别出相关模型参数。通过对比多阶段加载实验及仿真结果曲线验证了模型的可靠性,结果表明,二者变化趋势基本一致,最大误差小于15%,所得结论对固体火箭发动机装药界面脱粘研究具有一定参考价值。     

含二相粒子非线性粘弹性聚合物材料界面脱粘研究

研究了含二相粒子聚合物材料中粒子界面脱粘问题。首先提出了三维应力状态下具有非线性粘性效应的聚合物基体材料的本构关系;其次,对无限大聚合物基体中粒子-基体界面脱粘问题进行了分析,导出了求解界面脱粘临界时间的方程,并且给出了常应变条件下界面脱粘时间表达式;最后通过数值计算,讨论了界面脱粘临界时间的影响因素。计算结果表明:粒子尺度、加载速率、界面粘结能和非线性粘性参数对界面脱粘时间有重要的影响。     

复合固体推进剂细观结构建模及脱黏过程数值模拟

为研究复合固体推进剂损伤演化规律,基于分子动力学颗粒填充算法构建了HTPB(hydroxyl terminated polybutadiene)推进剂细观结构模型,通过在AP(ammonium perchlorate)颗粒/HTPB基体界面处引入黏接接触替代传统的黏接单元,并基于Hooke Jeeves的参数优化算法反演得到颗粒/基体界面处内聚力模型参数,利用双线性和自定义指数型损伤内聚力模型模拟了AP颗粒和HTPB基体黏接界面处损伤的萌生、发展、聚合直至宏观裂纹破坏的过程。通过数值仿真与实验结果对比发现,指数型损伤内聚力模型比双线性模型能更准确描述推进剂单轴拉伸过程中颗粒与HTPB基体界面间脱黏过程。最后对比了多阶段加载实验结果与仿真结果曲线,发现两者变化趋势基本一致,最大偏差仅为10%,验证了所建细观模型的可靠性及反演所得界面参数的准确性。      

含不同氧化剂的复合推进剂能量及特征信号研究

为研究含能氧化剂环三亚甲基三硝胺(RDX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、二硝酰胺铵(ADN)、硝仿肼(HNF)逐步取代高氯酸铵(AP)后复合推进剂的能量特性和特征信号性能,采用最小自由能原理对配方进行了化学平衡性能计算.结果表明:四种高能氧化剂逐步取代AP都达到了增加标准理论比冲和降低二次烟的目的,标准理论比冲增加率的峰值分别为0.85％,1.1％,3.37％及5.1％,ADN对降低特征信号二次燃烧火焰效果最好.ADN和HNF逐步取代A1后,标准理论比冲、一次烟及二次燃烧火焰都呈下降趋势,二次烟呈上涨趋势.     

基于有限元方法的复合材料层合板自由振动分析

利用有限元分析方法分别研究了正交各向异性、对称角和反对称角铺设的正方形复合材料层合板的线性和非线性自由振动问题.结合一阶剪切变形理论推导出层合板自由振动的有限元方程,构造了三维有限元模型,并对其基频进行计算.数值结果与其他的文献的结果对照表明,用有限元方法求得的基频与用各阶剪切变形理论求得的结果非常接近,但对于厚板结果与经典Kirchhoff的结果有一些差距,对于其他理记是一致的.     

复合推进剂气相点火过程的分析与计算

根据异质推进剂的特点,提出了含氧流动热气体点燃PBAA复合推进剂的气相点火模型。为了详细了解点火过程,进而准确预示点火延迟t-(ig),模型中详细考察了点火期间推进剂表面的分解过程,并利用有限差分法直接求解点火过程的控制方程,获得了点火表面附近的温度和浓度分布与变化曲线。通过与已有实验结果的比较,结果表明,文中提出的理论模型基本合理,计算方法也实用可靠,它们对于深入研究点火问题有一定参考价值。     

热障涂层界面脱粘缺陷的脉冲红外热成像检测

针对热障涂层界面脱粘缺陷的无损检测问题,首先制备了一种导热过程更加接近真实缺陷,且尺寸可控的人工模拟脱粘缺陷试样;在此基础上,采用脉冲红外热成像检测技术对人工脱粘缺陷进行检测,分析了涂层界面脱粘区和非脱粘区的表面温度瞬态响应过程;以图像标准差（SD）和归一化对比度（NC）作为评价标准,定量对比了脉冲相位法、主成分分析和表面热信号重构3种典型的热图重构方法在脱粘缺陷识别中的作用。结果表明,对400 μm厚的YSZ热障涂层,原始热图中可识别最小直径为4 mm的脱粘缺陷,而3种重构热图中均可识别最小直径为2 mm的界面脱粘缺陷,3种重构算法均显著提高了界面脱粘缺陷的识别能力,其中以表面热信号重构算法对图像的噪声抑制能力最强。     

基于QZ算法的涡轮泵转子临界转速有限元计算

QZ算法求解非对称矩阵广义特征值问题与转子动力学有限元法相结合计算涡轮泵转子临界转速,发展了相应的计算程序FEMQZ。在计算模型中考虑轮盘的陀螺力矩、轴套零件和叶轮浸液的影响。计算分析了某涡轮泵转子在弹性支承下的临界转速。实验结果表明,计算得到的一阶临界转速与实测值吻合,所发展程序能用于涡轮泵转子的动力特性分析。     

Fluid structure interaction simulation of supersonic parachute inflation by an interface tracking method

An Arbitrary Lagrangian–Eulerian(ALE) approach with interface tracking is developed in this paper to simulate the supersonic parachute inflation. A two-way interaction between a nonlinear finite element method and a finite volume method is accomplished. In order to apply this interface tracking method to problems with instantaneous large deformation and self-contact, a new virtual structure contact method is proposed to leave room for the body-fitted mesh between the contact structural surfaces....