时变泊松比HTPB固体推进剂体积和剪切松弛模量反演

为表征HTPB复合固体推进剂泊松比的时间相关性，以经典积分型粘弹性本构模型为基础，开展了从单轴受力响应到体积和剪切松弛模量反演问题研究。运用径向基配置法和带近似奇异核的高斯求积公式求解反演问题的第二类Volterra积分方程。将获得的体积和剪切松弛模量导入Abaqus有限元软件并开展材料力学行为仿真。将有限元结果与单轴松弛、蠕变和等速率加载实验数据进行对比，验证反演方法的正确性。分析了粘弹性泊松比Prony级数参数对相对松弛模量的影响规律。结果表明，当泊松比与时间相关时，相对体积和剪切松弛模量曲线出现分离，其分离程度受长期与瞬时泊松比之差的影响，而分离快慢受泊松比迟滞时间影响。采用正确的体积和剪切松弛模量，经典粘弹性本构模型不仅能合理预测HTPB固体推进剂松弛和蠕变等粘弹性行为，还能正确反映泊松比的时间相关性。     

固体推进剂药柱泊松比随机粘弹性有限元分析

为了研究泊松比的分布对固体推进剂药柱结构分析的影响，发展了一种地不可压缩材料的粘弹增量有限元方法，进行了泊松比随机粘弹性有限元的研究，要用局部平均方法对随机场进行离散，给出了二阶摄动有限 元变异方程。算例表明，对药桩进行随机模拟，计算效率和精度较高。     

不可压缩粘弹性有限元法及其对推进剂药柱应力分析的应用

由于固体推进剂具有近似不可压缩的特点 ,利用位移法有限元求解这类材料的力学问题不可能得到满意的结果。本文根据 Herrmann变分原理导出一种适用于不可压缩和近似不可压缩粘弹性物质的新的本构关系式 ,介绍了相应有限元公式 ,并开发了用于平面问题分析的计算机程序 VFAPINP。计算结果表明 ,本方法和程序可以用于所有泊松比的粘弹性问题的计算 ,尤其适用于固体推进剂药柱的应力分析。     

圆管发动机法测定固体推进剂的泊松比

建立了一种测定固体推进剂泊松比的方法－圆管发动机法。测定了两种不同外内径比的圆管发动机药柱在固化降温后内孔的最大向形变量，以该形变量为依据，利用药柱在固化降温过程的有限元计算程序，拟合计算出该配合方药柱在固化降温后于不同温度下的泊松比，测定相对误差均不超过0．5％。     

计算固体推进剂粘弹泊松比的一种新方法

以高聚物静态松弛模量E(t),静态体积模量K(t)和静态粘弹泊松比ν(t)之间的积分变换关系为基础,采用对其求拉氏逆变换和数值积分的方法,用计算机计算其粘弹泊松比,并选择了三种不同配方固体推进剂实测的E(t)和K(t)实验值做为实际算例。计算结果表明,由该方法计算的粘弹泊松比和实验得到的粘弹泊松比以及理论上推导的粘弹泊松比均一致,且该方法简单、实用、方便,精度高。     

复合推进剂交变温度作用下应力应变数值分析

文章以某导弹发动机使用的复合固体推进剂为研究对象,采用热粘弹性有限元法分析了复合固体推进剂在交变温度载荷作用下的应力应变情况,给出了应力应变场的分布规律,判断了推进剂药柱容易失效的部位,为固体火箭发动机寿命预估新方法的探索提供参考。     

固体推进剂药柱不确定结构分析及方法比较

针对复合固体推进剂力学性能参数的不确定性对固体火箭发动机药柱结构分析的影响,使用软件ANSYS parametric design language(APDL)建立了受固化降温载荷和压力载荷联合作用下药柱结构的参数化有限元模型.在此基础上,分别应用蒙特卡洛法和响应面法,研究了复合固体推进剂热膨胀系数与初始泊松比的随机分布对药柱结构有限元分析的影响,并对两种方法得到的概率分析结果进行了对比.结果表明:复合推进剂热膨胀系数和初始泊松比微小的变化会对结构分析结果产生较大的影响;药柱结构响应对初始泊松比更为敏感.在药柱结构有限元分析时考虑推进剂力学性能参数的不确定性十分必要.通过对两种不确定结构分析方法的比较发现,响应面法得到的分析结果与蒙特卡洛法得到的分析结果十分接近,且分析效率远高于蒙特卡洛法.      

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。     

HTPB复合固体推进剂非线性本构研究

采用Ｓｃｈａｐｅｒｙ蠕变型非线性粘弹性本工用Ｍ－Ｃ方法,分析蠕变实验数据,研究了ＨＴＰＢ复合固体推进剂非线性本构关系。结果表明,该方法可以减少加卸载时数据波动的影响,降低参数拟合对实验条件的要求。Ｓｃｈａｐｅｒｙ非线性模型较好地反映了ＨＴＰＢ复合固体推进剂的力学性能,可以用于固体推进剂的力学分析。     

新增表面等效作用力模拟固体推进剂裂纹动态扩展

固体推进剂作为线粘弹性材料在裂纹扩展过程中,外力和体力对体系作功的同时,材料的粘性内耗散和断裂表面能释放使体系能量降低。将裂纹扩展新增表面上等效作用力的概念引进有限元中,计算裂纹扩展过程中的应力强度因子和断裂表面能释放对体系应力应变场的影响,从而使得有限元可以模拟计算固体推进剂裂纹的动态扩展过程,解决了固体推进剂非定常燃烧扩展模拟中的难题。     

长期贮存的固体火箭发动机药柱的温度应力分析

分析了固体火箭发动机药柱在长期贮存过程中，由于温度载荷谱的变化所引起的力学响应，基于粘弹性积分蠕变型本构关系，推导出了能分析粘弹结构热载荷的有限元模型，并用它分析了梁、厚壁圆筒与真实固体火箭发动机的热应力问题。     

火箭装药体积形变力学特性的研究

本文首先论述了体积形变的粘弹行为，提出了实时体积形变非接触测试系统。通过实验研究，给出了固体推进剂的体积蠕变柔量、体积松弛模量和材料的初始气孔率。其结果对药柱强度分析计算、配方工艺研究和使用寿命预测均具有实用意义。     

固体火箭发动机药柱伞盘结构应力应变分析

应用三维粘弹性有限元分析方法,分析了某固体火箭发动机药柱在低温载荷作用下的应力应变场,讨论了前伞盘曲面形式、宽度和深度对该部位最大Von Mises应变值的影响。在此基础上,通过调整前伞盘顶端双圆弧曲面结构的半径比,在基本不减少装药量的前提下,有效降低了该处最大Von Mises应变值,并初步确定了最佳半径比的范围,所得结论可为固体火箭发动机装药设计提供定量参考。     

基于累积损伤的双基推进剂强度准则及实验

国内在对固体火箭发动机装药结构完整性分析时,强度判断准则基本采用传统的结构强度准则,这些强度准则并不能很好地反映固体推进剂材料的强度破坏过程。该文对双基推进剂试件进行了若干不同拉伸速率下的等速率拉伸破坏试验,结合试验数据获得损伤方程参数,建立了基于累积损伤的结构强度准则。并利用损伤方程预测试件破坏情况,和试验值吻合较好,说明该基于累积损伤的强度准则能够较好地判断双基推进剂材料的破坏。     

液体火箭发动机混合比故障检测

正常模型　变推力发动机其系统结构和数学模型的推导详见文献[1]。在这里,我们主要是要研究如何根据系统仅能提供的燃烧室压力测量值检测混合比严重偏高的故障,所以略去其它部件(见图1)。      

加速度对固体火箭发动机内弹道性能的影响

用片型装药火箭发动机和含铝复合推进剂,研究了加速度对固体火箭发动机内弹道性能的影响。研究结果表明,在加速度７０ｇ的条件下,２０１０推进剂的平均效应燃速比ｒ＾－ａ／ｒ＾０高达１．５１５,固体火箭发动机的内弹道性能呈现明显的变化。该项研究对发动机设计有实际意义。     

考虑界面损伤的立式贮存药柱结构完整性研究

为了进一步结合实际分析固体火箭发动机药柱在立式贮存条件下的结构完整性，考虑推进剂/衬层界面损伤模式在复杂应力条件下具有多样性。以某型固体火箭发动机为例，与常规将衬层设置为粘接单元相比，模型在推进剂与绝热层之间设置粘接接触。对固体火箭发动机在立式贮存环境时经历固化降温、充气内压和重力载荷联合作用下有无界面损伤时的发动机进行仿真分析。结果表明:界面损伤的存在导致推进剂/绝热层界面这个薄弱环节更危险；该型固体火箭发动机药柱在充气内压增大过程中在人工脱粘层根部部位应力呈先增大后减小趋势；在充气内压达到0.085MPa之前，推进剂与绝热层之间考虑界面损伤时，推进剂在垂直于轴向的靠近人工脱粘层根部部分更容易损伤，之后则推进剂垂直于轴向的初始点更容易损伤。该结论可以为固体火箭发动机结构完整性精确仿真提供一定的指导。