固体火箭发动机装药粘接界面Ⅰ-Ⅱ混合型内聚力模型反演研究

针对以人工试算的方式获取粘接界面所采用的张开型-剪切型(Ⅰ-Ⅱ)混合型内聚力模型存在精度低且工作量大等问题,采用分步反演与Hooke-Jeeves优化算法相结合的识别方法,基于矩形粘接试件多角度拉伸载荷-位移实测数据,对装药粘接界面所采用的Ⅰ-Ⅱ混合型内聚力模型开展反演研究。反演结果表明：拉伸速率为5mm/min时,界面刚度、最大名义应变、临界断裂能的法向值分别为0.17MPa,3.85,6.14kJ/m²,切向值分别为0.09MPa,1.66,2.66kJ/m²;0°,22.5°,45°拉伸的仿真与实测载荷-位移曲线的相对误差分别为7.2%,5.1%,5.2%;基于反演获取的Ⅰ-Ⅱ混合型内聚力模型的界面损伤系数分布图定量分析粘接界面的破坏情况,与实验结果吻合良好。以上均表明所采用的反演方法可有效修正粘接界面Ⅰ-Ⅱ混合型内聚力模型的相关参数。     

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法

为研究推进剂热老化过程中的发动机结构分析方法,建立了一种含老化效应的粘弹性本构模型,基于增量有限元法对该本构进行了数值离散,导出了本构方程的增量形式,并提出了应力更新方法;基于Abaqus软件二次开发技术,编写了相应材料子程序并开展了算例分析。结果表明,老化粘弹性本构可表征分析过程的材料老化影响;本文有限元解与对应解析解吻合良好,分析方法及算法程序有效,可用于三维条件下的固体发动机药柱老化粘弹性有限元分析。     

飞机复合材料结构的湿热老化效应

根据我国气候环境和要研型性性能,编制了适用于军机复合材料结构的标准加速湿热老化谱,并系统研究了国产材料体系的老化效应,得出了指导和修改结构设计的有益结论。     

固体火箭发动机柔性接头贮存老化可靠度研究

测试了某固体火箭发动机柔性接头在使用环境贮存１０年的老化性能,在此基础上,研究了柔性接头结构的可靠性问题,得到了柔性接头贮存老化前后摆动力矩不满足使用要求、弹性件破坏及粘接界面破坏的概率。     

振动载荷对立贮式发动机粘接界面损伤影响

为研究长期舰载环境下振动载荷对立贮式固体发动机粘接界面损伤的影响,计算了不同浪级下的界面剪切应力变化,利用自制的粘接试件开展了振动试验,测试了不同振动加速度和不同振动时间下的界面力学性能,根据计算和试验数据推导了某海域舰载值班时发动机界面损伤模型,分析了在某海域连续舰载值班一年振动对发动机界面损伤的影响。结果表明,发动机舰载值班过程中平均界面剪切应力变化幅值与浪级间的关系为|Δτ_l|=9.375l~4-150.69l~3+846.88l~2-1748.41l+2917.86;在只考虑振动条件下,舰载值班时间相同,界面最大剪切应力强度随着浪级的增大下降越来越明显,同一浪级下,界面最大剪切应力强度与振动时间呈线性关系;在某海域长期连续舰载值班时受振动载荷影响粘接界面损伤与值班时间的关系为D=6.5×10~(-4)t-4.68×10~(-4),发动机在该海域连续值班一年振动载荷使发动机损伤值至少增加23.68%。     

舰载值班对立式贮存发动机粘接界面损伤研究

为了研究剪切应力对长期舰载立式贮存固体发动机装药粘接界面的影响,利用自制的粘接试件开展了界面剪切应力强度试验和疲劳损伤试验,得到了立式贮存发动机的剪切应力疲劳损伤分析模型;通过有限元计算,得到了不同海况下发动机装药粘接界面的剪切应力分布与变化规律;基于雨流计数法和Miner线性疲劳损伤理论,计算了立式贮存发动机在某海区连续舰载值班一年的界面累积损伤。结果表明:同一海况下发动机粘接界面剪切应力在周向位置基本为均匀分布,在垂向位置越靠近发动机尾部应力越大;舰载值班时的界面剪切应力变化幅值不超过3kPa,远低于该发动机界面最大剪切应力强度值,但剪切应力的交变特性对发动机造成的累积损伤影响较大,在给定舰载条件下发动机在某海区连续值班一年对使用寿命的影响至少为15.4%。     

固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断

针对固体火箭发动机的钢壳、绝热层、衬层、推进剂多层粘接结构的粘接质量检测问题,利用聚焦探头采用斜声束液浸反射回波法,选用往返透射率高的板波模式,特别是采用了双模式检测技术以提高检测信号能量,获得有效检测信号,并开发出了检测系统。通过一次C扫描获得了双层包覆三个界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨率≤Φ5 mm。采用聚集探头双模式检测技术实现了固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断。     

芳纶纤维/环氧树脂的湿热老化

分析了芳纶纤维/环氧树脂分子链结构与聚合态结构,论述了湿热对芳纶纤维/环氧树脂性能的影响,指出了研究芳纶纤维/环氧树脂老化的方法。     

航空航天结构复合材料湿热老化机理的研究

通过研究T300／5405和T300／NT9200复合材料以及基体树脂5405和NY9200的浇注料在80℃水浸中的吸水动力学，红外光谱，动态力学性能和表达形态的变化，分析了复合材料的湿热老化机理，结果表明：在80℃水浸的加速湿热老化条件下，两种复合材料的老化机理主要是吸入水分对基体的塑化／溶胀作用以及因树脂与纤维湿膨胀的不匹配所产生的内应力引起的微观开裂。     

湿热老化后碳纤维复合材料层间剪切强度实验方法对比研究

通过短梁法和双切口法研究湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响,讨论两者吸湿规律随老化时间的变化关系,并对试件断口形貌进行分析。结果表明:两种试件吸湿规律均符合Fick第二定律,但两者平衡吸湿率和吸湿时间有所差别,双切口法试件的吸湿速率和平衡吸湿率均比短梁法试件高;双切口试件所测层间剪切强度受湿热老化影响比短梁明显,短梁试件每隔500 h层间剪切强度保持率为74.5%,61.0%,53.2%,50.6%,双切口每隔500 h层间剪切强度保持率为60.9%,38.3%,42.6%,33.0%;短梁试件失效模式随着湿热老化时间的增长变化比双切口更为复杂。     

基于数字图像相关方法的粘接界面细观破坏分析

对粘接界面在拉伸过程的变形破坏过程进行了观察,对获得的图像采用数字图像相关方法进行处理,获得了界面的位移场,进而分析其变形演化过程与细观破坏机理。结果表明:数字图像相关方法可以有效地分析粘接界面中细观破坏过程,界面的细观破坏经历损伤的累积及局部化过程,最终沿某一局部化带发生宏观破坏。     

固体火箭发动机纤维缠绕壳体贮存性能试验研究

通过设计、制作Ф200缩比模拟试验件,对缩比模拟试验件进行加速老化,然后对加速老化试验前后的试验件进行外气密试验、轴压破坏试验、内压爆破试验,探究复合材料壳体的贮存使用性能。     

火箭发动机界面回波信号增强的兰姆波技术研究

针对火箭发动机界面胶接质量检测中的回波信号微弱问题,通过利用兰姆波在单层各项同性介质中的位移分布公式,讨论了S0、A0、S1和A1这四种模式兰姆波在发动机钢壳中传播时的能量分布情况,并从理论上和实验中证明了S0和A0模式的声波能量集中于钢壳表面,且横波分量占主要成分,能够将声能最大限度地传入内部包覆层中。因此选择S0和A0模式兰姆波进行检测,能够增强深层回波信号能量,为胶接质量分析提供更有效的信息。     

固体火箭发动机HTPB推进剂燃速性能老化研究

为研究某型固体火箭发动机高燃速端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在全寿命期内的燃烧性能——燃速,通过高温加速老化实验和活化能理论推测出发动机推进剂在常温25℃下和高温70℃下的老化速度;由此,通过高温70℃的加速老化实验来获得不同贮存期的发动机推进剂试验样本;通过推进剂燃烧实验,测试了不同贮存期的推进剂的燃速,结果表明,随着发动机贮存时间的延长,HTPB推进剂燃速逐渐降低。     

高含铝推进剂低压固体火箭发动机尾流场复燃数值模拟与实验研究

为研究高含铝推进剂低压固体火箭发动机的尾流场特性,利用流体计算软件Fluent,采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,对高含铝固体推进剂低压发动机尾流场复燃进行了数值模拟和实验研究。结果表明:低压下高含铝固体推进剂羽流复燃时,温度分布呈现"双峰"的现象,第一温峰是纯气相燃烧形成的,第二温峰是铝粒子燃烧形成的;且铝粒径越小,第二温峰出现的位置离喷管越近,铝粒子温度越高,最高可达1124K;燃烧室压强越高,第二温峰出现的位置离喷管越远。发动机试车试验中也出现"双峰"的羽流温度场,且测得粒子最高温度为1141K,与模拟结果吻合较好。     

基于舰船摇摆载荷的推进剂粘接界面疲劳损伤模型

以某固体火箭发动机为例,建立了舰船摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤模型。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了界面的疲劳损伤S-N曲线;选取残余应变为损伤变量,并根据试验数据建立了推进剂粘接界面的疲劳损伤演化模型。试验及研究结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足方程Y=0.748exp(-X/5.663)-0.0261。推进剂粘接界面在舰船摇摆载荷作用下的疲劳损伤量与循环加载比满足方程D=0.1517(1-exp(-β/0.0386))+0.8483(1-(1-β)1.1)。     

立式贮存固体火箭发动机装药可靠性及影响因素研究

为了研究立式贮存对发动机药柱贮存可靠性的影响,开展基于全寿命周期载荷的固体火箭发动机药柱可靠性研究。在通过高温加速老化试验获取贮存温度下推进剂延伸率随贮存时间的变化规律基础上,开展考虑老化、温差、重力和弹射过载与内压联合载荷下的发动机随机有限元分析,获取药柱危险点应变均值和标准差变化规律,并计算不同工况下药柱可靠度,得到老化时间和静态立式贮存次数对贮存可靠性的影响;进而开展发动机实测振动载荷数值模拟和动态疲劳损伤计算,得到动态立贮次数与药柱可靠性的关系,最后进行灵敏度分析,获取影响因素重要度。结果表明:药柱点火可靠度与立贮次数之间可用负指数函数进行表示,以0.9为可靠性下限,老化0,5,10和15年后发动机可允许的动态立贮次数分别为19,11,2和0次。     

固体火箭发动机柔性接头弹性件力学性能研究

针对固体火箭发动机柔性接头中的橡胶材料，研究了在进行这种橡胶结构有限元计算中橡胶材料的力学行为的表征。进行了单轴拉伸与简单剪切材料力学性能试验，根据不同材料模型对试验曲线进行了拟合，并用MSC／Marc软件模拟了超弹性材料的单轴拉伸与简单剪切变形过程。结果表明：采用单轴拉伸试验数据预测材料剪切性能会造成明显误差，而简单剪切试验得到的模型可以比较准确描述材料的拉伸和剪切变形，针对柔性接头这种以剪切变形为主的结构，应选取剪切试验数据；当应变大于150％时，不同材料模型与试验数据的选用范围对计算结果具有明显影响。