基于粘弹性VCFEM的复合固体推进剂等效松弛模量预示方法研究

复合固体推进剂松弛模量一定程度上决定了固体发动机的结构完整性和贮存寿命,为获得推进剂组分材料参数、夹杂相质量分数、级配的质量分布和粒径比等细观特征参数对等效松弛模量的影响规律,基于Prony级数粘弹性本构模型在时域内的离散形式,推导了含夹杂相粘弹性VCFEM(Voronoi单元有限元方法)的有限元列式,结合二分法提出了推进剂等效松弛模量预示方法,采用随机抽样的方式完成了不同细观特征参数下推进剂等效松弛模量的影响分析。结果表明,夹杂相的组分材料参数和颗粒级配对等效模量的影响较小,在给定的参数变化范围内,结果的变化幅度小于10%,而基体相模量和夹杂相质量分数对等效松弛模量的影响非常显著,分别呈现线性增长和加速增长的趋势。     

固体推进剂贮存寿命非破坏性评估方法(Ⅲ)——预测残留寿命延寿法

从动力学理论分析入手,结合推进剂老化特征参数的研究结果,研究了用非破坏性手段预估固体推进剂残留寿命的方法。动力学理论分析表明,反应活化能是老化温度的函数,活化能对老化温度存在线性依赖关系,且活化能对老化温度的依赖关系和指前因子对老化温度的依赖关系是等效的。研究结果表明,影响推进剂寿命的应力问题也可以转化为动力学问题来处理,且应力对推进剂寿命的影响显著。利用新推导的4参数动力学公式,结合适宜的特征参数,建立了预估推进剂残留寿命的非破坏性方法,该方法可用于到期导弹的延寿。     

凝胶推进剂直圆管中剪切速率与表观粘性实验研究

分析了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性与相关参数的关系,研究了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性的实验研究方法,利用物料管路测试系统进行了某型凝胶推进剂直圆管剪切速率与表观粘性实验研究。结果表明:管路实验可以得到较大范围内凝胶推进剂剪切速率与表观粘性关系;而且当剪切速率在104量级时表观粘度随剪切速率的增加基本不再变化。     

丁羟胶重均官能度及其与推进剂最佳固化参数相关性的研究

重均官能度具有按当量数分数加和的性质。利用实验数据统计处理的方法,证明了丁羟胶重均官能度与推进剂最佳固化参数线性相关,为选择丁羟固体推进剂的配方和装药最佳固化参数提供了依据。     

NEPE推进剂力学性能的统计特性及贮存老化的影响

固体推进剂力学性能是决定固体推进剂药柱可靠性的关键性能。为准确评估贮存寿命和可靠性,需要掌握固体推进剂力学性能的分布规律以及贮存老化的影响。研究了NEPE推进剂老化过程中抗拉强度、初始模量、最大伸长率和断裂伸长率等力学性能参量的统计分布特性,以及加速老化过程中统计参数的变化规律。研究结果表明:同一老化状态和测试条件下,NEPE推进剂单向拉伸力学性能参量测试值呈正态分布;不同老化状态的力学性能变异系数与老化时间、温度无关,呈正态分布。将不同老化温度、老化时间的力学性能变异系数作为来自同一总体样本的随机变量,求出了NEPE推进剂抗拉强度、最大伸长率、初始模量和脱湿因子的变异系数的99%置信上限,作为固体推进剂药柱贮存可靠性评估的基础数据。     

吸湿聚醚推进剂拉伸断面填料粒子/基体微细观形貌和表征

开展了聚醚推进剂在常温、不同相对湿度下湿老化试验,研究了试验过程中推进剂试样的含湿率、力学性能和拉伸断面微细观形貌变化及之间关系。结果表明,推进剂吸湿后力学性能变化与含湿率存在单一相关性,可用特定数学模型描述,与相对湿度无关。采用数字图像分析方法,对聚醚推进剂试样拉伸断面"脱湿"AP粒子占整个拉伸断面比例("脱湿"率)进行了定量研究,建立了聚醚推进剂吸湿后力学性能与"脱湿"率的数学表达式,发现聚醚推进剂"脱湿"率与含湿率具有相关性。     

低温和应变率对HTPB推进剂压缩力学性能影响

采用单轴压缩实验方法,分析了低温(-40～25℃)和应变率(1/300～1/12 s-1)对HTPB推进剂压缩力学性能的影响,得到了不同温度和应变率条件下推进剂的压缩应力-应变关系。结果表明,推进剂压缩强度和压缩模量随温度的降低和应变率的增加而逐渐增加,且均与应变率具有良好的线性对数关系(lg[σ.k(T)]=a+blg.ε和lg[E.f(T)]=c+dlg.ε),利用该关系式可对推进剂压缩力学性能进行预测。通过双因素方差分析表明,低温和应变率均对推进剂压缩力学性能具有显著影响。其中,低温对压缩模量的影响更加显著,而应变率对压缩强度和压缩应变的影响更加显著。     

线性活化能法预估推进剂贮存寿命研究

通过理论推导得出了表观活化能与温度的函数关系，将其应用于推进剂贮存寿命预估，得到了新的预估公式，提出了线性活化能法。通过对实际算例进行相关性检验，得出该体系线性活化能计算式的相关系数r＝98．74％，置信概率P＞85％，同时通过与常温自然贮存推进剂实测性能的比较，确认这种新方法更能准确预估推进剂的长期贮存性能及使用寿命。     

考虑应变率和温度响应的少烟NEPE推进剂粘弹性本构模型

为研究少烟NEPE推进剂力学性能的应变率及温度相关性,使用万能材料试验机分别在不同应变率(4.17×10-4～4.17×10-1s-1)和温度(-40～50℃)下测试了推进剂的力学性能,建立了考虑应变率和温度响应的本构模型。结果表明,少烟NEPE推进剂具有应变率硬化特性,其拉伸应力与对数应变率呈线性关系;降低温度使推进剂的定伸应力和模量增大,升温则相反。结合少烟NEPE推进剂的线性对数应变率效应和温度变化特性,建立了粘弹性本构模型,该模型用多蠕变模式与非线性弹簧的组合来反映力学性能的率相关性,用率相关模型与温度函数的乘积形式来描述力学性能的温度相关性。模型预测与实验曲线对比表明,所建模型在实验温度、应变率、0.1～1.0应变范围内预测的准确性较好,其百分误差小于24%。     

聚醚推进剂吸湿特性研究

以聚醚推进剂为研究对象,进行了常温、不同相对湿度条件下的吸湿试验,得到了聚醚推进剂吸湿的规律,建立了以平衡含湿率作为表征聚醚推进剂吸湿特性特征参数的数学模型。结果表明,配方、工艺固定后,聚醚推进剂平衡含湿率与推进剂的初始含湿率无关,是材料自身的吸湿特性参数,主要取决于环境相对湿度。初始含湿率高可导致聚醚推进剂力学性能下降。同时,利用平衡含湿率参数,研究了常温下水分在聚醚推进剂中的扩散,得到了扩散系数的修正模型,发现依据平衡含湿率参数计算的扩散系数是与相对湿度无关的常数。     

双基固体推进剂的特性研究

在不同温度和应变率下,对双基固体推进剂试件进行了单轴拉伸试验。提出了一种针对双基推进剂屈服值的判断方法,应用一元回归数理统计方法对双基推进剂力学性能数据进行了分析。结果表明,双基推进剂力学性能与温度和应变率具有明显的相关性,在233.15 K下近似为脆性材料,而在288.15 K和323.15 K下呈现明显的塑性流动。针对双基推进剂不同受载情况,提出了与推进剂屈服值相关的强度准则,以便为双基推进剂药柱设计及结构完整性分析奠定基础。     

环境湿度对丁羟推进剂力学性能的影响

研究了环境湿度对丁羟推进剂力学性能的影响,结果表明,不同绝对湿度下的抗拉强度,可以通过调节固化参数来重现,但环境湿度对延伸率的影响是不可恢复的.据此提出了环境湿度影响推进剂力学性能的表征方法.     

凝胶推进剂及其模拟剂的制备和特性表征

高能凝胶推进剂的选择、制备、实验及特性表征是凝胶推进剂研究的关键环节.燃料凝胶化包括有机和无机两种胶凝剂.氧化剂的凝胶化使用了无机胶凝剂.此外选择和配制了凝胶推进剂的模拟剂,它具有与实际燃料和氧化剂相匹配的流变特性.制备了在流变学上相匹配的凝胶燃料和凝胶氧化剂、惰性凝胶模拟剂与凝胶推进剂,并对其流变学特性进行了分类.     

固体推进剂贮存寿命非破坏性评估方法(Ⅱ)--动态力学性能主曲线监测法

对动态力学性能和静态力学性能的关系进行了理论分析,认为二者之间存在对应关系.通过对采用动态力学分析(DMA)法得到的动态储能模量主曲线和材料试验机得到的静态松弛主曲线进行对比,验证了这种关系.提出了根据动态和静态力学性能关系,利用动态储能模量主曲线得到静态松弛模量和静态强度,以评估推进剂老化状态的非破坏性方法.预测值和实测值的比较结果显示,该方法能够较好地评估推进剂的寿命状态.     

某单室双推力发动机串联装药固体推进剂界面力学性能分析

为解决某单室双推力发动机串联装药两级固体推进剂界面力学性能差的问题,通过热力学理论计算,采用优选燃速调节剂,优化匹配两级推进剂的固体物级配、键合剂组合、增塑比、固化参数(NCO/OH摩尔比或R)等方法优化推进剂配方,对试样进行力学性能测试,并分析了各助剂对推进剂界面力学性能的影响.结果表明,在70℃,拉伸速率2 mm/...     

人工神经网络在HTPB推进剂力学性能预示中的应用

为预示ＨＴＰＢ推进剂的力学性能，动用人工神经网络（ＡＮＮ）及其ＢＰ算法建立了多劳多种因素对多个力学性能目标参量影响的模型。实际建立模型和检验表明，用该方法预示ＨＴＰＢ推进剂力学性能简便易行，预示精度较镐，仿真计算所得规律也与经验一致。     

基于SPH方法的凝胶推进剂一次雾化仿真研究

一次雾化中存在传统网格法难以解决的自由表面、大变形等问题,本文将光滑粒子流体动力学(SPH)方法探索性地应用于凝胶推进剂一次雾化仿真研究。模型粒子数保持在105左右,在高剪切速率下,将凝胶推进剂看作高粘度牛顿流体,研究了撞击速度、撞击角度以及凝胶推进剂物性参数对雾化效果的影响,仿真结果与实验结论基本一致。     

推进剂功能组分作用研究(Ⅳ)--工艺/力学性能

在丁羟/铝粉/高氯酸铵组成的三组元推进剂体系中,通过药浆流变性测试、动态力学分析（DMA）、单向拉伸性能、凝胶分数和相对交联密度的测定,研究了一些功能组分如氮丙啶类化合物MAPO、醇胺络合物TEA·BF3、胺类化合物H对推进剂工艺性能和力学性能的影响.结果表明,MAPO可以降低药浆屈服值和表观粘度,改善工艺性能,显著增加最大抗拉强度,但对最大伸长率无影响;TEA·BF3大幅度增加药浆屈服值,使工艺性能变差,一定程度上提高最大抗拉强度和发挥熵弹性而增加最大伸长率,H可以显著改善推进剂工艺性能和增加最大伸长率.文中还对功能组分在推进剂中的作用机理进行了分析探讨.     

添加剂对 NEPE推进剂力学性能的影响研究(Ⅰ)

采用单向拉伸法和化学溶胀法研究和剖析了添加剂对NEPE推进剂力学性能的影响机理。单向拉伸实验表明，添加剂加入推进荆后，可以显著提高NEPE推进荆的力学性能；化学溶胀法分析表明，加入添加剂使推进剂的凝胶含量和化学交联密度稍有降低；通过进一步数据处理表明，添加剂的加入明显提高了推进剂的物理交联密度而几乎不影响填料／基体的相互作用。因此综合分析认为，加入添加剂可提高推进剂的物理交联密度，从而改善NEPE推进剂的力学性能。     

HTPB推进剂温度及率效应的累积损伤模型研究

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单轴拉伸法研究了温度及应变率对HTPB推进剂力学性能的影响。运用单轴拉伸方法,研究了5组不同应变率(0. 000 333～0. 167 s-1)和不同环境温度(-50～35℃)下HTPB推进剂的恒速率单轴拉伸破坏试验。通过试验数据获取损伤模型参数,并最终建立了含应变率和温度因子的累积损伤模型。利用建立的累积损伤模型来预测HTPB推进剂在特定温度及应变率(0.000 333～0.167 s-1)条件下的失效情况,计算结果与试验结果吻合较好。此累积损伤模型可为固体推进剂装药结构完整性分析方法和HTPB推进剂损伤和破坏研究提供一定依据。