從細觀損傷、宏觀損傷、損傷模型三方面,對固體火箭發(fā)動機藥柱低溫損傷的研究進展進行了綜述,并對下一步的研究方向和重點提出建議。目前,用于宏細觀損傷分析的固體推進劑本構模型考慮了溫度和應變率的影響,但在引入圍壓條件后,推進劑的力學性能發(fā)生顯著變化,其抗拉強度、斷裂強度和初始模量有顯著提升,而最大伸長率則顯著降低,考慮圍壓因素的本構模型研究未來將成為重點;固體火箭發(fā)動機低溫點火升壓的多載荷條件下?lián)p傷產(chǎn)生和演化過程已有很多的研究,但對"脫濕"損傷、基體損傷和顆粒斷裂損傷發(fā)生的時機和機理尚為形成統(tǒng)一理論;損傷模型大多是基于試驗結果的唯象模型,未來可借助新的試驗設備設計新的試驗方法,對細觀尺度的損傷進行研究,從而建立基于細觀結構的損傷模型。 

【文章來源】：固體火箭技術. 2020,43(06)北大核心CSCD

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推進劑試件斷面顯微圖片

圖1 推進劑試件斷面顯微圖片國內外學者通過在顆粒與基體界面處引入內聚力模型來表征粘接界面單元[6-9]，內聚力模型假設材料是由基本單元通過虛擬的粘結面粘接而成，材料的物理斷裂和損傷只存在于虛構的粘結面上，位于粘結面外的材料單元不會發(fā)生損傷和斷裂，虛構的粘結面由上下兩個初始位置重疊的表面組成，常見的內聚力模型有雙線性內聚力模型和指數(shù)型內聚力模型等，雙線性模型即達到最大應力前的未損傷段和開始損傷后的軟化段進程都是線性的，而指數(shù)型內聚力模型的損傷以指數(shù)函數(shù)的規(guī)律演化。

賴建偉等[14]在不同溫度下對HTPB推進劑進行單軸拉伸試驗，并通過掃描電鏡對拉伸破壞時形成的斷裂面進行觀察，發(fā)現(xiàn)-10℃時斷面主要表現(xiàn)為顆粒裸露，即發(fā)生"脫濕"損傷;-50℃時主要表現(xiàn)為顆粒脆斷和基體斷裂。認為低溫條件下基體和顆粒發(fā)生脆變，且溫度越低脆性越大，容易發(fā)生脆斷。王哲君等[15]在賴建偉的研究基礎上，在-40℃低溫條件下分別進行了低應變率和高應變率的單軸拉伸試驗，發(fā)現(xiàn)在低應變率下與賴建偉結論相同;而在高應變率下不同，應力-應變曲線出現(xiàn)了“雙峰”的平臺區(qū)(圖3)，且隨著溫度的降低和應變率的增高，“雙峰”的特征更加明顯。在低溫和高應變率進行雙因素方差分析之后認為，低溫高應變率條件下，溫度是影響推進劑損傷的主要原因，而應變率則主要表現(xiàn)影響的強弱。為進一步研究“雙峰”出現(xiàn)的機理，職世君等[16]在前者的研究基礎上建立了細觀模型，對低溫不同應變率條件下推進劑細觀損傷進行了仿真，發(fā)現(xiàn)高應變率條件下發(fā)生損傷的界面數(shù)量多于低應變率條件下，應變率越大，發(fā)生損傷的界面數(shù)量越多，但損傷程度越小，達到某一臨界值時，可能會使推進劑剛度突然下降，從而形成“雙峰”中的第一個峰，應變率越高，第一個峰對應的應變越大。隨著應變增大損傷擴展，同時伴隨著基體的損傷發(fā)生，最終導致藥柱斷裂，形成第二個峰。認為高應變率可推遲脫濕損傷的擴展演化，當應變率足夠高時，藥柱會直接斷裂，不會出現(xiàn)第二個峰。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]復合固體推進劑粘彈損傷本構模型的細觀力學研究[D]. 彭威.國防科學技術大學 2001



本文編號：3547359