本文關(guān)鍵詞：高過載下固體火箭發(fā)動機裝藥力學響應(yīng)分析

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【摘要】：發(fā)動機裝藥是火箭發(fā)動機的動力源,是固體火箭發(fā)動機的核心部件。推進劑是典型的粘彈性材料,其溫度載荷明顯依賴于時間和溫度的變化。經(jīng)溫度載荷作用后,其力學性能、藥型結(jié)構(gòu)和尺寸等都將發(fā)生明顯變化,對發(fā)動機性能也將造成非常嚴重的影響。同時炮射火箭發(fā)動機在發(fā)射時還須承受10000g以上的發(fā)射過載,使用條件十分惡劣。為確保發(fā)動機裝藥發(fā)射時的結(jié)構(gòu)完整性,這就需要對藥柱進行應(yīng)力和應(yīng)變分析,研究藥柱在各種載荷,特別是高發(fā)射過載下的粘彈性力學響應(yīng)。本文采用萬能材料實驗機和分離式霍普金森壓桿裝置開展了雙基推進劑在不同溫度和不同加載速率下的壓縮力學性能實驗,分別獲得了雙基推進劑在低應(yīng)變率和高應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,并分析了材料受溫度和壓縮速率影響的變化規(guī)律。在實驗研究的基礎(chǔ)上,引入了朱-王-唐(ZWT)非線性本構(gòu)模型,求取了朱-王-唐本構(gòu)模型的材料參數(shù),并驗證了模型參數(shù)的適用范圍和有效性,發(fā)現(xiàn)朱-王-唐本構(gòu)模型可以較好的描述雙基推進劑在材料屈服前的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。利用有限元仿真軟件,在獲取的雙基推進劑高應(yīng)變率力學特性的基礎(chǔ)上,將雙基推進劑的朱-王-唐本構(gòu)方程加入到材料模型中,為火箭發(fā)動機裝藥力學響應(yīng)分析提供數(shù)值分析方法。最后,針對某型炮射火箭發(fā)動機,分別對發(fā)動機裝藥在低溫工況下發(fā)射過程和發(fā)射后點火瞬間的力學響應(yīng)特征進行仿真計算和分析。通過本文的研究,為炮射固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)完整性分析研究提供一定的理論方法和依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)動機裝藥 雙基推進劑 本構(gòu)模型 高過載 數(shù)值仿真
【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】：V435
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-16
• 1.1 研究背景、目的和意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-14
• 1.2.1 粘彈性材料本構(gòu)模型研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.2 粘彈性材料數(shù)值仿真方法的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.3 炮射固體火箭發(fā)動機裝藥的粘彈性力學分析研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文主要工作14-16
• 2 雙基推進劑力學性能實驗研究16-27
• 2.1 雙基推進劑低應(yīng)變率壓縮力學性能實驗與分析16-21
• 2.1.1 實驗方法16-17
• 2.1.2 實驗結(jié)果及分析17-21
• 2.2 雙基推進劑高應(yīng)變率壓縮力學性能實驗與分析21-26
• 2.2.1 分離式Hopkinson壓桿實驗技術(shù)21-23
• 2.2.2 雙基推進劑的動態(tài)力學實驗23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 3 雙基推進劑本構(gòu)模型研究27-35
• 3.1 朱王唐本構(gòu)模型的建立27-31
• 3.2 本構(gòu)模型的驗證31-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 有限元數(shù)值方法實現(xiàn)與分析35-45
• 4.1 用戶材料子程序的實現(xiàn)35-39
• 4.1.1 ZWT本構(gòu)模型一維增量形式35-37
• 4.1.2 ZWT本構(gòu)模型三維增量形式37-39
• 4.2 本構(gòu)模型有限元驗證與分析39-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 5 炮射火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)力學響應(yīng)仿真分析研究45-58
• 5.1 炮射固體火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)力學響應(yīng)分析模型45-49
• 5.1.1 炮射固體火箭發(fā)動機裝藥物理模型及載荷模型45-46
• 5.1.2 載荷的加載46-47
• 5.1.3 材料模型47
• 5.1.4 分析步設(shè)置47-48
• 5.1.5 有限元網(wǎng)格模型及劃分48
• 5.1.6 藥柱失效判據(jù)48-49
• 5.2 炮射火箭發(fā)動機在低溫工況下發(fā)射過程的力學響應(yīng)特征研究49-52
• 5.3 炮射火箭發(fā)動機在發(fā)射后點火瞬間力學響應(yīng)特征研究52-56
• 5.4 本章小結(jié)56-58
• 6 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-63

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本文編號：708020