TMETN与PEG相容性影响因素的介观动力学模拟

为预测增塑比、温度、PEG相对分子质量对TMETN/PEG相容性的影响规律,采用分子动力学模拟和介观动力学模拟,计算了TMETN(三羟甲基乙烷三硝酸酯)和预聚物PEG(聚乙二醇)的溶度参数(δ)、有序度参数和体系密度分布等。结果表明,随着增塑比增大,体系更容易达到平衡状态、相容性更好,PEG、TMETN聚集情况均得到改善,并且PEG的改善程度更大,这与"加大增塑剂用量会减弱PEG的结晶性"规律一致。随温度升高,PEG、TMETN的极性均增大,同时极性差值增大、介观粒子的有序度参数增大,这均表明体系的相容性变差;并且发现温度对PEG的影响更大,温度越高,体系相容性变差的幅度越大。随着PEG相对分子质量的增大,PEG的极性不断减弱,导致体系的相容性变差,不过变差的幅度在减小;此外,通过"高相对分子质量PEG分子间径向分布函数与TMETN的差异更大"也可得出体系相容性变差的结论。     

基于CRKSPH的炸药巴西压裂仿真研究

使用守恒型再生核粒子(CRKSPH)方法,结合弹脆性损伤本构模型,对PBX9501炸药标准巴西试验断裂过程进行了仿真,并对炸药内裂纹的产生和分布进行了预测。计算中,使用CRKSPH方法,可有效地提高计算精度和避免人工粘性误差;本构模型基于PBX9501炸药材料细观结构特征和破坏模式,并使用损伤参数D(单位面积上微缺陷的密度)来表征材料的破坏程度;计算结果中,试件断裂形式和中心点应力结果与文献中试验结果符合较好,而且加载速率对试件的断裂形式和断裂时间均有一定的影响。研究表明,CRKSPH方法在计算PBX9501炸药断裂损伤及裂纹扩展问题上有一定的工程实用价值。     

工艺条件对粉末浸渍CF/PEEK预浸料层压板力学性能的影响

为获得浸渍效果良好、力学性能优异的连续碳纤维增强聚醚醚酮耐高温热塑性复合材料(CF/PEEK),分别采用粉末浸渍槽法(方法1)、二次粉末涂覆法(方法2)、二次粉末涂覆+熔融浸渍法(方法3),制备了3种CF/PEEK预浸带。在380℃,20MPa条件下,通过模压成型制备了CF/PEEK复合材料层压板,并研究了其力学性能。结果表明:碳纤维含量均为61%时,通过方法3制备的CF/PEEK层压板综合性能最高。采用该工艺制备的单向层压板拉伸强度为2 238.41 MPa,拉伸模量为104.80GPa,弯曲强度为2 157.50 MPa,弯曲模量为142.01GPa,层间剪切强度为116.22MPa。双向层压板拉伸强度为1 114.17MPa,拉伸模量为62.84GPa,弯曲强度为1 317.34MPa,弯曲模量为70.82GPa,层间剪切强度为96.74 MPa。测试了CF/PEEK层压板的耐高温性能,150℃条件下的弯曲强度保持率为73%。     

柔性接头用低模量硅橡胶配方及界面粘接技术研究

研究了硫化剂、增粘剂和补强填料等组分对一种低模量、低硬度和高强度的硅橡胶配方力学性能的影响规律,同时研究了一种胶粘剂配方来满足硅橡胶与金属钢界面粘接的工艺要求。该硅橡胶配方的剪切模量小于0.3MPa,与钢界面粘接的剪切强度大于2.5MPa,满足柔性接头部件的性能要求。     

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。     

考虑泊松比的固体发动机装药贮存寿命预估

以含单个小孔隙的立方体为代表性体积单元,结合弹性力学公式,推导了固体推进剂空穴率与瞬时泊松比的关系,得到泊松比随推进剂老化的变化规律.通过固体推进剂加速老化试验,得到固体推进剂瞬时模量及最大延伸率随贮存时间的变化规律.以固体推进剂瞬时模量和瞬时泊松比为老化参数,结合三维粘弹性有限元计算方法,计算了某发动机装药结构不同贮...     

宽温度柔性接头用硅橡胶弹性材料研究

硅橡胶高低温性能优异,可作为宽温度柔性接头用首选弹性材料。通过分析补强剂、增塑剂、硫化剂等对硅橡胶性能的影响,优化硅橡胶配方,提高低模量硅橡胶力学性能。结果表明,在甲基乙烯基硅橡胶中加入35~40份(质量份,下同)高补强气相白炭黑、0.3~0.5份硫化剂,同时添加适量增塑剂,研制的硫化硅橡胶剪切模量稳定在0.25~0.30 MPa内,力学性能比4#白炭黑补强硅橡胶有较大幅度提高。采用有机硅改性环氧胶粘剂进行硅橡胶硫化胶与金属试片粘接,两板拉伸剪切强度达到3.0 MPa,改善了硅橡胶与其他材料的粘接可靠性。     

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。     

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%。     

包含细微缺陷的碳纤维增强复合材料管件结构弯曲性能表征

碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料管件结构力学性能受其内部细微缺陷的影响。对前期经历过恒温蠕变（25℃、60℃、100℃）和温度循环蠕变试验（-60℃~100℃）的CFRP管件,开展准静态弯曲加载测试和微观观测研究,分析细观缺陷对管件弯曲性能的影响。在此基础上,对CFRP管件中的基体微裂纹和微孔洞开展理论建模,建立包含特定微裂纹密度和孔隙率的复合材料层合结构本构关系。以基体裂纹和平面圆形孔洞为例,分析了两种细观缺陷对材料刚度性能的影响,与文献中的实验结果对比表明,上述损伤模型能够预测由于微裂纹和微孔洞引起的材料刚度性能下降。进而以微裂纹密度和孔隙率为内变量,建立兼顾微观损伤响应和宏观性能表征的CFRP管件力学性能分析模型,运用有限元方法计算CFRP管件弯曲模量和弯曲强度,结果表明,该模型能够有效预测CFRP管件由蠕变损伤导致的弯曲性能变化。     

改性双基推进剂拉压不对称力学性能研究

针对改性双基推进剂在不同载荷条件下表现出不同力学响应的现象,对其进行了恒应变率拉伸和压缩试验及蠕变拉伸和压缩试验,获得了4组应变率下拉压应力-应变曲线和3组温度下拉压蠕变-时间曲线,使用应力和应变拉压不对称因子反映了拉伸和压缩曲线的不对称程度。结果表明,改性双基推进剂具有明显的拉压不对称力学性能,且该性能受到应变率和温度的影响。分析了改性双基推进剂具有拉压不对称性的内在成因,认为材料初始缺陷的扩展、材料分子链移动空间的变化、基体材料与填充颗粒材料力学性能的不同是导致改性双基推进剂具有拉压不对称力学性能的内在原因。     

纤维体积含量对炭纤维三维四向编织复合材料试验模态性能的影响

通过试验方法对不同纤维体积含量的炭纤维三维四向编织结构复合材料振动性能进行了研究,根据试验结果分析了纤维体积含量对材料的振动性能的影响.试验表明,炭纤维三维四向编织复合材料随着纤维体积含量的增加,固有频率增大,阻尼比减小;纤维体积含量越大,传递函数的共振峰值越高,加速度衰减曲线越衰减缓慢,材料的阻尼特性减小.     

苯并咪唑杂环改性芳纶的结构与性能

采用X衍射仪、强力仪、热失重仪及动态热分析仪等研究了K49、PABI及2种芳纶ⅢF3-1和F3-2的结晶性能、力学性能、热性能、动态热机械性能及热氧老化性能等,并根据结果分析了芳纶结构对性能的影响。力学性能分析结果显示,杂环结构的引入大幅度提高了纤维的强度和模量,F3-1、F3-2和PABI的干纱强度较K49分别提高61.2%、70.5%和67.2%。热氧老化实验表明,在250℃下经192 h老化后,K49、F3-1、F3-2和PABI的强度保持率分别为30%、78%、80%和68%,说明杂环结构的存在提高了纤维的热氧化稳定性。杂环结构的引入导致结晶度、初始热分解温度和玻璃化转变温度有所降低,但DMA的结果显示,杂环芳纶在200℃以内的动态模量较K49高出很多。     

PBT/N100胶片的力学性能及交联网络的完整性

利用单轴拉伸测试、低场核磁共振(LF-NMR),研究了3,3-双(叠氮甲基)氧丁环-四氢呋喃无规共聚醚(PBT)与多官能度异氰酸酯(N100)粘合剂胶片的力学性能和韧性,并引入"修正因子D"表征了交联网络结构的完整性。结果表明,固化参数R([NCO]/[OH])为0.8~1.7时,随R值增加,胶片的断裂强度由0.902 MPa增至1.365 MPa,断裂延伸率由220%降至110%。交联密度递增,交联点间链段的平均相对分子质量递减。物理交联程度逐渐增加,网络缺陷先减小后增加。胶片的网络结构的完整性与力学性能正相关,R=1.5的PBT/N100胶片的总修正因子D最小,网络结构最完整,韧性最大,力学性能最优;R1.5时体系未固化完全以及R1.5时体系过度交联,都会导致网络缺陷变大从而力学性能变差。     

基于分数阶三参数模型的HTPB推进剂粘弹性力学响应分析

为拓展分数阶粘弹性模型在端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的应用,研究分数阶粘弹性模型预示推进剂频域下的动态模量变化。推导了三维下的分数阶三参数模型,并结合Grünwald-Letnikov定义编写UMAT子程序。为标定本构参数,推导了带有预加载的蠕变、松弛响应的解析解,并采用遗传算法分别标定了0.4 MPa和0.6 MPa应力下蠕变实验以及10%和30%应变下松弛实验的本构参数。计算得到的有限元数值与解析解、解析解与实验值的时程相对误差均小于5%。采用分数阶三参数模型动态模量对-5、25、60℃下的动态力学实验(DMA)结果进行拟合得到本构参数,动态模量与实验结果误差小于2%,同时随着温度升高,本构参数均减小,体现出HTPB推进剂升温软化现象。结果表明,分数阶三参数模型能精确地描述不同温度下多种频率的HTPB推进剂模量变化,结合二次开发本构,可为后续HTPB推进剂复杂边界下的力学响应的研究提供材料本构模型。     

NEPE推进剂/衬层结构-性能MD模拟（Ⅱ）--复杂体系组分分子迁移和配方设计示例

用分子动力学( MD)方法,对( PEG/NG/BTTN)/NPBA/HMX/AP/PEG/N-100//HTPB/TDI复杂的推进剂/衬层模型体系进行295 K-NVT模拟研究,展示了组分分子的浓度分布和迁移状况,发现HMX和NPBA分子有向界面层迁移趋势,而AP则呈平均分布态势。以RDX等量取代HMX后所得新配方的MD模拟研究表明,前者拉伸模量( E)、体模量( K)和剪切模量( G)、柯西压( C12-C44)和K/G值均有明显下降,表明新配方的刚性、强度和延展性均有下降;新配方中引发键(N—NO2)最大键长(1.528?)明显大于原配方中相应值(1.503?),预示新配方感度增大、安全性将下降;比较RDX、HMX与其他组分之间的结合能,前者小于后者,预示新配方的相容性较差。     

3A21铝合金热处理及旋压温度对其组织性能的影响

在分析3A21铝合金组织性能的基础上,研究了该材料在不同减薄率条件下退火温度对薄壁圆筒旋压工艺和性能的影响。对旋压工件采用不同温度的退火,得到不同的力学性能和塑性指标。试验表明,低温退火可适当消除旋压残余应力,获取较高的材料强度,再结晶退火可细化晶粒、恢复材料塑性。旋压过程中成形温度过低达不到提高旋压材料塑性的目的,易形成缺陷及扩径;温度过高导致晶粒长大,材料堆积产生缺陷。通过不同的热处理方式可获取相应的材料使用性能。     

低温点火条件下固体发动机组合药柱的粘接界面力学响应分析

为了研究组合药柱结构在低温点火工况下粘接界面的损伤脱粘,以某型固体发动机为研究对象,基于内聚力模型,分析了组合药柱结构低温点火下的力学响应特性及界面损伤演化情况。结果表明,在低温点火工况下,壳体/包覆层间隙无压强时,组合药柱变形大,由于药柱所受应力超过材料极限性能,导致界面结构破坏,续航段/增速段药柱界面为结构损伤薄弱处。同时,针对续航段/增速段药柱界面进行研究,分析了界面力学性能及续航段药柱模量对界面损伤分布的影响。结果表明,随着界面强度、断裂能的提高,药柱结构完整性会显著改善,而随着界面刚度的增大,仍会出现界面脱粘现象;降低续航段药柱瞬时模量,界面脱粘范围减小,但同时续航段药柱的等效应变会显著增大。     

应用土壤修正模型的返回器着陆冲击响应预示

在返回器着陆冲击响应预示研究中,土壤模型的准确建立是着陆冲击仿真的关键影响因素,由于土壤特性复杂,目前尚无完善描述冲击下的土壤本构关系模型。为此,文章根据已有的土壤模型,提出结合返回器刚体模拟器着陆冲击试验数据,利用多参数递进方法修正土壤模型中的体积模量、剪切模量和屈服参数,获得土壤修正模型。利用上述土壤修正模型,对刚体模拟器3种试验工况进行仿真,仿真结果与试验结果的误差在±10%以内,证明了修正模型的准确性。利用土壤修正模型对返回器柔性体模拟器建模,得到的柔性体模型着陆冲击仿真结果与试验结果有较高的吻合度。因此,土壤修正模型能准确预示着陆冲击,可为返回器优化设计提供参考。     

一种粒子增强体复合材料的线粘弹性模型

定量分析了粒子增强体复合材料的粘弹性力学性能。首先,依据复合材料的细观力学理论与Laplace变换理论,在Tan提出的粘弹性模型基础上,发展了一种改进的粒子增强体复合材料的三维线粘弹性模型,克服了Tan的模型只能刻画界面脱湿的缺点;其次,采用非线性有限元方法,实现了粒子增强体复合材料在常应变率下粘弹性本构关系的数值模拟。结果表明,该模型与程序可用于定量化分析多种情况下粘弹性问题的应力-应变关系,如不同粒径、温度、常应变率及粒子体积分数等参数,并得出粒径大的固体颗粒与粒子体积分数高的复合材料都容易发生界面脱湿。