HTPB推进剂裂纹起裂J积分研究

为研究HTPB推进剂的裂纹起裂特性,建立了一种由单试件计算推进剂J积分和JV积分的方法,开展了HTPB推进剂松弛试验和含I型裂纹平板试件J积分试验,标定了试件的裂纹构型因子,得到了推进剂的载荷-虚位移曲线以及裂纹起裂J积分和JV积分值。结果表明,文中建立的方法能够很好地计算推进剂的裂纹起裂J积分和JV积分值,推进剂的J积分和JV积分具有明显的率相关性,随着加载速率的增加,其值也变大,且加载速率对JV积分的影响比对J积分的影响要大得多。     

点火压力下药柱Ⅰ型裂纹扩展仿真研究

裂纹扩展特性是含缺陷发动机药柱结构完整性分析的前提。利用非固有内聚力模型，在有限元方法的基础上结合网格拓扑操作，发展了裂纹扩展仿真方法。以圆管发动机为例，研究了指数型点火压力作用下裂纹扩展的规律。研究结果表明，裂纹张开位移、裂尖横向位置在加载初期增速较大，加载末期增速较缓；随着压力因子绝对值、初始裂纹深度的增加，以及内表面均布裂纹数量的减少，裂纹张开位移会增大；压力因子绝对值越大，点火压力越大，裂纹也越容易提前扩展。初始裂纹深度的增加会在加载初期提前导致裂纹的扩展，在加载的后期，初始裂纹深度的增加反而会延迟裂纹扩展的时间。在加载的后期，尽管裂纹累计扩展次数一致，但裂纹数的增加会导致裂纹张开位移的减小，进而延迟裂纹扩展的时间。     

固体药柱裂纹的动态应力强度因子有限元数值分析

简要介绍了断裂动力学方法及动态应力强度因子的概念。根据断裂动力学方法，分析了推进剂星型药柱平面应变裂纹在阶跃载荷作用下裂纹动态应力强度因子（DSIF）响应情况，并与静力计算结果比较，数值结果表明动态应力强度峰值比静力值要大得多。     

点火冲击波与药柱裂纹流固耦合作用机理数值模拟研究

流体计算采用基于非结构动网格的有限体积方法,结构计算采用分段精细时程积分方法,求解结构动力学有限元方程,流体计算和固体计算之间采用松耦合在不断运动的交界面上进行作用力和运动特性的传递,对固体火箭发动机点火形成的冲击波与药柱缺陷形成的弹性裂纹之间相互耦合作用过程进行了模拟。研究表明,作用在弹性裂纹上的冲击波载荷引起的壁面变形随时间变化明显,开始表现为撑开裂纹出口,随后出现了收缩出口撑开底部的瓶状;固体变形对冲击波在弹性狭缝内的压力波振荡影响较小,以前采用刚体模型得到的研究结论仍有指导意义。     

受冲压作用固体发动机喷管堵盖应力分析

基于Ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎ模型，对受冲击压力作用的喷管堵盖计算模型进行受力分析，计算考虑到了几何非线性和材料非线性的影响，得到了冲压作用下的喷管堵盖变形和应力分析结果。并对不同升压速率情况进行了对比分析，指出了升压速率对喷管堵盖结构受力影响的重要性。     

液体火箭发动机阻尼机架减振特性研究

对具有橡胶——惯性结构的火箭发动机机架简化模型中动态载荷传播特性进行了研究。机架内动态载荷在依次通过橡胶-惯性结构粘贴位置时，携带的部分动能传递到橡胶材料内，导致机架内应力幅值显著低于能量交换前的应力。通过分析橡胶材料内外表面的速度，发现速度差引起了橡胶阻尼材料沿轴向发生剪切加载和卸载过程，并导致机架传递到橡胶材料的动态能量发生剪切变形的过程中被耗散吸收；此外，机架内动态载荷大小与机架内质点速度的变化量有关，机架内质点动能减小及运动速度降低是引起机架动态载荷幅值降低的根本原因。     

表面裂纹问题的一个封闭形式解

通过本文给出的力学等效模型,三维的表面裂纹问题可化为二维的Hilbert型问题。表面裂纹对板中面不对称的效应是以作用在模型裂纹面上用指数多项式表示的分布拉伸和弯曲载荷来取代。由此,作为Hilbert型问题解的奇异积分方程是可积的,故推得一个封闭形式解。模型的另一个假设:在载荷作用下,裂纹前缘与板的自由表面相交的端点上,存在确定值的裂纹深度,从而使该点及其附近的奇异场参量可解。本文的计算结果与三维有限元解、包含Reissner理论的线弹簧模型解、有限元迭代法和Benchmark值等结果十分吻合。在表面层,本文所得的裂纹前缘的应力强度因子分布与Hartranft和Sih的三维裂纹板理论的结果,及Raju和Newman用细分表面层的有限元单元的精确解结果,非常接近。本方法计算量少、精确,便于工程应用。     

边裂纹板条D-M模型的边界积分方程解

本文为边裂纹板条提供了一种较为精确的解法——边界积分方程法(或边界元法)。文中推导了边裂纹板条D-M模型的塑性区尺寸、裂纹尖端张开位移及裂纹前缘应力分布的理论计算公式,并将数值结果与Chell的格林函数解和Petroski的权函数解进行了比较。结果表明,在中小屈服范围内,三者基本是吻合的。 本文提供的边界积分方程法计算机程序,可较精确地用于各种结构的边裂纹或长表面裂纹的弹塑性分析及裂纹尖端张开位移的计算,从而可对这些结构进行断裂分析。     

卫星载荷磁场优化计算方法研究

针对传统计算方法存在的计算复杂、计算成本高等不足,利用某处地磁场下卫星载荷的磁场测量数据,逆计算出卫星载荷的等效磁化率,再根据等效磁化率就可计算在不同磁化方向、不同地磁场大小下卫星载荷产生的感应磁场。根据均匀磁化卫星载荷的特点,将积分方程法中系数矩阵元素的体积分形式化为面积分形式,并消除积分计算的奇异性,建立基于单元表面积分的感应磁场计算模型,从而降低计算成本。最后,实验结果表明:磁场测量值和计算值吻合得较好,该算法的有效性和可行性得以验证。     

复合材料壳体发动机推进剂药柱立式贮存应力分析

固体火箭发动机(SRM)推进剂药柱在立式贮存时要承受两种主要栽荷联合作用，即固化降温趋于平衡后的长期温差热载荷以及轴向的重力载荷作用。根据推进剂的材料特性以及不同的加载条件，采用线弹性理论，分别进行了SRM药柱在两种载荷作用下的三维有限元应力、应变计算，对药柱及其界面的危险部位重点进行了分析。     

基于统一强度理论的修正M准则及其在药柱裂纹预测中的应用

针对脆性材料,提出了最大应力三维度准则(M准则).为了将其推广到延性材料,引入俞茂宏统一强度理论定义裂尖塑性区,并修正了M准则中临界载荷的判据.采用WDN-10 kN材料实验机,在20 ℃和加载速率2 mm/min下,对含Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的HTPB推进剂进行了单轴拉伸试验,得到了不同裂纹倾斜角下裂纹的启裂角和临界载荷.结果表明,与其他准则进行比较,推进剂裂纹的启裂角和修正的M准则预测的结果较为接近,说明可借助修正的M准则预测推进剂裂纹的初始启裂角.     

用三轴转台辨识陀螺仪误差模型系数时的速率试验设计

介绍了用三轴转台的匀角速率功能标定捷联陀螺仪的动态误差模型系数的方法。首先计算了陀螺仪的输出，陀螺仪的误差模型系数以及三轴转台三轴同时施加的角速率的函数关系。其次在给定不同的中、内环角速率比时，用傅立叶分析的方法得出了陀螺仪输出的各次谐波幅值与动态误差模型系数的关系，以及相应的结构矩阵和信息矩阵。最后根据信息矩阵行列式值与外环角速率的关系，选定了标定陀螺仪动态误差模型系数时的最优三轴速率试验计划。     

界面位错的瞬态运动和界面裂纹的自相似扩展

本文首先利用Ｆｏｕｒｉｅｒ和Ｌａｐｌａｃｅ变换并结合Ｃａｇｎｉａｒｄ－ｄｅＨｏｏｐ反演方法求解了单个界面螺位错的瞬态运动问题，然后以单个位错由静止匀速运动的解作为基本解建立奇异积分方程求解了运动集中载荷作用下界面裂纹的反平面非对称自相似扩展，进一步由此解获得ｘｎ型载荷作用下界面裂纹自相似扩展的动应力强度因子     

考虑温度效应的多层粘弹性矩形板的动力响应

根据热粘弹性本构模型及时-温等效原理,结合Kirchhoff薄板理论,推导了考虑温度效应的多层粘弹性板的板的运动微分方程。采用级数分解和Laplace积分变换相结合的方法,给出了圆形均布动载荷及温度载荷联合作用下多层板的挠度解析表达式。采用具有较高精度的BURBIN F方法求解Laplace积分逆变换,在MATLAB软件中编写计算程序,以2层薄板为例分析了初始温度、表面变温速率对板动力响应的影响。结果表明,初始温度越高,板的挠度越大,随着时间的增长,横向位移有所增加;变温速率越大,挠度变化幅度越大;相同幅度的变温速率下,升温对挠度的影响大于降温。     

HTPB推进剂低温裂纹扩展特性试验研究

使用中间穿透型平板裂纹试件开展不同温度下Ⅰ-型裂纹扩展试验,研究了温度对HTPB推进剂裂纹扩展特性的影响。使用改进割线法计算了不同温度下推进剂的裂纹扩展速率,得到了其裂纹扩展阻力曲线,并对裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子进行了回归分析。研究结果表明,在低温下推进剂的裂纹扩展速率比常温时要大,温度越低,裂纹开始扩展的时间越短。不同温度下推进剂的裂纹扩展速率与Ⅰ-型应力强度因子都满足幂函数关系。     

点火升压阶段药柱裂纹变形研究

利用流固耦合软件MPCCI将FLUENT和ABAQUS连接,计算了固体发动机点火升压阶段燃烧室流场与药柱裂纹变形情况.FLUENT计算耦合区域作用在固体边界上的力,以节点量的形式传给MPCCI,MPCCI将节点量进行插值传给ABAQUS,ABAQUS得到外加载荷,计算耦合区域作用在流场上的节点位移,再通过MPCCI插值后传给FLUENT.计算结果表明,在燃气流入裂纹初期,在裂纹尖端形成相对封闭空间,造成裂纹内压强上升,反射激波引起裂纹尖端更高的升压速率,同时在裂纹尖端形成应力集中,为裂纹动态扩展提供了可能.     

含微裂纹的固体导弹弹射筒的可靠性研究

为了对含微裂纹的固体导弹弹射筒进行可靠性评估，从断裂力学的角度，对随机载荷作用下的钢制弹射筒裂纹累积损伤进行了分析和研究，建立了裂纹累积损伤失效物理模型。在此基础上应用蒙特－卡罗方法对算例进行仿真计算，并分析了影响弹射筒可靠性的因素。结果表明，初始裂纹的大小是影响弹射筒可靠性的主要因素，这与实际结果较符合。     

固体火箭发动机撞击变形及装药内部热点形成数值分析

以热粘弹理论和动力有限元法为基础,结合机械撞击载荷下固体推进剂裂纹摩擦热点细观模型,分析计算了发动机壳体和装药结构撞击变形及装药内部热点形成,确定了产生高温热点撞击临界速度。计算模型中考虑了推进剂初始弥散细观裂纹离散、裂纹扩展对推进剂宏观力学性能影响、基体粘性加热对热点形成影响等问题。通过与高能炸药Steven撞击试验结果进行对比分析,证明了理论模型及计算方法的有效性。计算了某小型发动机撞击试验临界速度。     

考虑颗粒形状的复合固体推进剂细观损伤分析

HTPB复合固体推进剂作为一种多颗粒填充的含能材料,其损伤过程复杂。为更直观地分析其受损过程,从细观角度出发,通过分子动力学方法建立圆形颗粒填充模型与多边形颗粒填充模型。在颗粒/基体界面嵌入了零厚度的内聚力单元,分别采用双线性内聚力模型与指数型内聚力模型的分离位移关系对其进行数值仿真,并通过了Hooke-Jeeves反演方法得到了内聚力模型参数。通过对5组加载速率下不同模型的试验结果与仿真结果对比,发现多边形颗粒模型更符合推进剂的细观结构;指数型内聚力模型更适合粘弹性材料的损伤;载荷速率的提高,使得材料的模量下降率升高。     

顺序加载下的积累疲劳强度最优可靠度设计

介绍了零件在受到顺序加载下的几组载荷作用的积累，疲劳强度最优可靠度的设计计算方法，并地迈因纳定理（Miner‘s rule)应用范围做了一定补充。