考虑NEPE推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析.pdf
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1、第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:录用日期:作者简介:周东谟()男博士副教授:.:./.考虑 推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析周东谟韩王申钟山伟陈 航吴晗旭刘向阳(.中北大学 机电工程学院 太原 .北京理工大学 宇航学院 北京)摘要:为研究 推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法并对轴向和横向联合过载作用下 推进剂药柱进行了结构完整性分析 结果表明:在轴向和横向联合过载作用下 推进剂药柱处于拉压共存状态且药柱的拉伸和压缩区域与推进剂本构模型
2、无关推进剂的拉压不对称性对其力学响应有一定的影响考虑拉压不对称性的最大等效应变为.介于分别由拉伸本构计算得到的应变.和压缩本构计算得到的应变.之间 考虑拉压不对称性的安全系数为.大于未考虑时的安全系数.和.传统的结构完整性评估方法较为保守关键词:推进剂拉压不对称结构完整性过载力学响应本文引用格式:周东谟韩王申钟山伟等.考虑 推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):().:引言复合固体推进剂药柱是固体火箭发动机的重要组成部分其结构完整性关乎发动机的安全使用 目前在开展发动机装药结构完整性评估时所使用的推进剂
3、材料力学模型大多是基于单一力学状态(如单轴拉伸或压缩)测试获得的 固体火箭发动机在贮存、运输和使用过程中药柱会受到不同形式的外部载荷导致其内部应力状态的分布十分复杂最典型的是在某些外载荷下推进剂处于拉压共存状态 而固体推进剂的力学性能具有显著的拉压不对称性复合固体推进剂拉/压力学性能不对称的根本原因在于其细观结构导致了推进剂在拉/压 种载荷作用下受载作用机制的不同 复合固体推进剂的粘合剂体系为高分子材料在受到压缩载荷时其分子链的移动空间减小使得其强度高于拉伸载荷作用下的强度同时作为颗粒填充材料推进剂在受到拉伸载荷时其力学性能主要受到粘合剂基体力学性能的影响而在受到压缩载荷时其力学性能受到固体颗
4、粒力学性能的影响这使得推进剂材料在拉伸载荷下的强度较低 因此在开展固体发动机装药结构完整性分析时有必要考虑推进剂材料力学性能的拉压不对称性目前国内外学者针对固体推进剂开展了一系列的拉压对比试验 如 等研究固体推进剂的非线性力学行为时发现推进剂在拉伸和压缩时的力学性能不同并指出在研究推进剂的某些问题时应该考虑由拉伸和压缩引起的非线性行为 文献 表明推进剂的压缩模量大于拉伸模量压缩强度大于拉伸强度 王鸿丽进行了改性双基推进剂在恒应变率下的拉伸压缩对比试验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 吴伟静等定义了推进剂松弛模量的拉压不对称因子通过 和 种推进剂的
5、拉伸/压缩应力松弛试验研究了温度对拉压不对称因子的影响综上所述国内外学者在推进剂力学性能的拉压不对称性方面开展了大量研究工作取得了不小的成就但是这些研究成果鲜有应用到装药结构完整性评估方面 据此开展考虑 推进剂力学性能拉压不对称的装药结构完整性分析为装药结构完整性精确评估提供一种新方法 数值方法.拉压不对称性数值计算方法 推进剂属于非线性粘弹性材料其力学性能具有明显的拉压不对称性这类似双模量材料 对于双模量材料的数值方法目前通常基于 本构关系采用主应力来判断材料点的拉压状态据此选取材料的弹性参数构建基于主应力方向的拉压不同模量的刚度矩阵 这种求解思路存在迭代不稳定、不易收敛及求解效率低的问题研
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