本文關(guān)鍵詞：EPDM絕熱包覆材料高應變率實驗與本構(gòu)模型研究

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【摘要】：隨著火箭導彈技術(shù)的發(fā)展,發(fā)動機內(nèi)部工作壓強的提高,高能推進劑的推廣與應用,抗高過載沖壓火箭的發(fā)展,發(fā)動機安全問題也越發(fā)突出。在火箭武器裝配、存儲、運輸以及工作過程中,高發(fā)射過載、撞擊跌落等沖擊載荷將擠壓推進劑與絕熱包覆層,導致裝藥結(jié)構(gòu)變形或無法完成預定目標,甚至誘發(fā)災難性事故。因此,為保證發(fā)動機裝藥具有較高的設計強度,需深入了解裝藥與包覆層的力學性能,并研究熱解碳化對三元乙丙(EPDM)材料性能的影響。本文采用實驗研究與數(shù)學分析相結(jié)合的方法,分析三元乙丙絕熱包覆原始材料及其熱解后材料在寬泛應變率下力學特性,構(gòu)建能有效描述其力學規(guī)律的本構(gòu)模型,主要研究內(nèi)容如下：(1) EPDM絕熱包覆材料的熱解實驗。采用熱重分析儀(TGA)對EPDM材料的熱穩(wěn)定性進行研究,在氮氣的環(huán)境下以不同升溫速率對樣品進行加熱,得到材料的熱重分析曲線。根據(jù)熱重曲線結(jié)果完成不同溫度下EPDM材料不同程度熱解保溫實驗。采用電鏡能譜法(EDS)觀測EPDM材料熱解各階段不同元素含量的變化,為之后研究EPDM材料熱解后的力學性能做準備工作。(2) EPDM材料力學性能實驗研究。利用萬能試驗機完成EPDM原始材料和不同程度熱解后材料的不同速率準靜態(tài)壓縮實驗；并通過分離式霍普金森壓桿裝置對EPDM原始材料和不同程度熱解后材料進行不同應變率下的動態(tài)壓縮實驗研究。分析材料在低應變率與高應變率下力學行為的差異以及對應變率的敏感性,并研究材料熱解程度不同對其力學性能的影響。(3)低應變率下EPDM材料的本構(gòu)模型。由于EPDM原始材料在準靜態(tài)實驗中超彈特性表現(xiàn)突出,故結(jié)合超彈模型與率相關(guān)項建立低應變率下EPDM原始材料本構(gòu)模型來描述其力學特征。根據(jù)EPDM材料熱解后所展現(xiàn)的準靜態(tài)力學特性,因熱解程度不同表現(xiàn)出從高彈性材料到松散脆性材料的轉(zhuǎn)變,進行分階段建模,以求能夠精確有效地描述EPDM材料在不同熱解程度下的力學性能,通過擬合獲取模型參數(shù),并將理論預測結(jié)果與實驗結(jié)果相對比,驗證所建立模型的可靠性。(4)高應變率下EPDM材料的力學模型。為描述EPDM原始材料在高應變率下的超彈與粘彈特性,通過以超彈響應項代替多項式非線性彈性項對ZWT模型進行改進,來呈現(xiàn)在不同高應變率下EPDM原始材料的力學性能。并在改進型ZWT模型的基礎(chǔ)上引入溫度相關(guān)項來描述動態(tài)沖擊壓縮實驗中熱解程度不同所引起EPDM材料力學行為的變化,加入適當修正以保證不同工況下的預測精度,建立能夠表征EPDM材料在不同熱解階段以及不同應變率下力學響應的完整力學本構(gòu)模型,通過結(jié)果驗證以確保模型的有效性。通過實驗研究分析,本文系統(tǒng)地建立了EPDM絕熱包覆材料不同熱解階段在高、低應變率下的力學本構(gòu)模型,為使用EPDM作為絕熱包覆材料的固體火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)分析、設計以及計算機數(shù)值仿真提供理論參考。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V430

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本文編號：1292285