【摘要】：伴隨著火箭導(dǎo)彈武器的遠(yuǎn)程化、輕型化及高機(jī)動(dòng)性的要求,使得復(fù)合固體推進(jìn)劑得到廣泛的應(yīng)用。丁羥復(fù)合固體推進(jìn)劑由于密度較大、比沖較高及力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn),成為最具發(fā)展前景的一類固體推進(jìn)劑,為了提高推進(jìn)劑的能量特性,向其中添加了大量的固體氧化劑顆粒和金屬燃料顆粒,這些固體顆粒的加入勢(shì)必會(huì)改變復(fù)合推進(jìn)劑材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)組成,從而改變推進(jìn)劑的力學(xué)性能,這對(duì)推進(jìn)劑實(shí)際工程應(yīng)用造成了一定的困難。因此,本文借助宏觀試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法,研究了復(fù)合固體推進(jìn)劑力學(xué)性能的細(xì)觀損傷機(jī)理,以期為推進(jìn)劑的配方工藝設(shè)計(jì)及其在更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用推廣提供指導(dǎo),主要研究包括以下內(nèi)容:(1)定制配方復(fù)合固體推進(jìn)劑力學(xué)性能研究。通過(guò)對(duì)HTPB推進(jìn)劑進(jìn)行斷面電鏡掃描試驗(yàn),得到其細(xì)觀結(jié)構(gòu)組成形貌,并分析了推進(jìn)劑內(nèi)固體填充顆粒的形狀、分布以及初始缺陷等特征。對(duì)HTPB推進(jìn)劑等效基體膠片進(jìn)行了單軸拉伸和應(yīng)力松弛試驗(yàn),并結(jié)合粘超彈理論,構(gòu)建了基體膠片的粘超彈本構(gòu)模型,所建模型能準(zhǔn)確描述HTPB推進(jìn)劑等效基體膠片的單軸拉伸力學(xué)響應(yīng)。通過(guò)對(duì)定制配方的推進(jìn)劑的力學(xué)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑的力學(xué)性能與加載速率有關(guān),表現(xiàn)出典型的粘彈特性,配方中填充顆粒體積分?jǐn)?shù)對(duì)推進(jìn)劑的初始模量、拉伸強(qiáng)度及松弛模量均有顯著影響。(2)復(fù)合固體推進(jìn)劑細(xì)觀模型建立及數(shù)值仿真分析。首先基于分子動(dòng)力學(xué)模擬算法,結(jié)合推進(jìn)劑基本配方組分參數(shù),建立了 HTPB推進(jìn)劑細(xì)觀顆粒填充模型,并選用改進(jìn)型內(nèi)聚力模型表征顆粒與基體粘接界面的力學(xué)響應(yīng),通過(guò)有限元計(jì)算,分析了推進(jìn)劑拉伸過(guò)程的幾個(gè)典型階段及與之對(duì)應(yīng)的細(xì)觀損傷及演化進(jìn)程,一定程度上揭示了HTPB推進(jìn)劑宏觀力學(xué)性能的細(xì)觀內(nèi)在機(jī)理。(3)界面性能對(duì)復(fù)合固體推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響及參數(shù)的反演優(yōu)化。首先通過(guò)自定義推進(jìn)劑顆粒/基體界面內(nèi)聚力模型參數(shù),研究了包括界面剛度、界面強(qiáng)度及界面失效位移對(duì)推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn),每個(gè)參數(shù)的影響分別對(duì)應(yīng)于拉伸過(guò)程的一個(gè)階段。隨后針對(duì)界面參數(shù)獲取困難的問(wèn)題,基于Hooke-Jeeves優(yōu)化反演算法,結(jié)合宏觀力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果,考慮到界面力學(xué)性能的尺寸效應(yīng),通過(guò)分步反演分析的方法確定了不同拉伸速率下的HTPB推進(jìn)劑界面力學(xué)參數(shù),并通過(guò)具有顆粒級(jí)配的推進(jìn)劑試驗(yàn)結(jié)果對(duì)所獲界面參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,最大誤差僅為16.3%。(4)細(xì)觀結(jié)構(gòu)組分對(duì)復(fù)合固體推進(jìn)劑力學(xué)特性的影響。研究了推進(jìn)劑細(xì)觀顆粒組成對(duì)其宏觀力學(xué)性能的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)顆粒填充體積分?jǐn)?shù)顯著影響著推進(jìn)劑的拉伸初始模量,而多顆粒級(jí)配關(guān)系則決定著推進(jìn)劑的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率�？紤]到推進(jìn)劑制備過(guò)程中存在的初始缺陷,研究了初始界面缺陷對(duì)推進(jìn)劑單軸拉伸及應(yīng)力松弛響應(yīng)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,初始界面缺陷降低了推進(jìn)劑的力學(xué)性能,缺陷含量越高則力學(xué)性能下降越明顯,推進(jìn)劑的初始模量及拉伸強(qiáng)度隨缺陷含量的增加呈指數(shù)下降的趨勢(shì);界面缺陷僅決定推進(jìn)劑松弛模量數(shù)值的大小,不會(huì)影響推進(jìn)劑的松弛行為。本文基于宏觀力學(xué)試驗(yàn)和細(xì)觀數(shù)值仿真手段,研究了影響復(fù)合固體推進(jìn)劑宏觀力學(xué)性能的細(xì)觀內(nèi)在機(jī)理,分析了 HTPB推進(jìn)劑細(xì)觀結(jié)構(gòu)組分與宏觀力學(xué)性能之間的相關(guān)性,并且考慮了推進(jìn)劑初始缺陷對(duì)其力學(xué)性能的影響,本文的研究具有較高的科學(xué)理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值,能夠?yàn)閺?fù)合固體推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)及提高其力學(xué)性能提供重要的參考與指導(dǎo),以期解決固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥結(jié)構(gòu)完整性問(wèn)題。
【圖文】：

了其在拉伸情況下的顆粒破壞及界面性能劣化。ＸＵ［４Ｓ，？等人為了實(shí)現(xiàn)橢球顆粒的填充逡逑模型，用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及黃金分割搜索算法來(lái)檢驗(yàn)橢球顆粒間是否發(fā)生重疊，并基于ＲＳＡ逡逑算法生成了不同邊界條件下具有級(jí)配的新澆水泥漿的橢球顆粒填充模型，如圖１．４所逡逑示，而后研宄了顆粒的形狀以及尺寸分布對(duì)水泥漿細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響。常武軍［５（）］在研宄逡逑復(fù)合推進(jìn)劑細(xì)觀損傷時(shí)通過(guò)ＲＳＡ算法獲取了其細(xì)觀數(shù)值模型，并在顆粒與界面接觸的逡逑部分引入粘接單元，進(jìn)而對(duì)推進(jìn)劑細(xì)觀“脫濕”過(guò)程以及“脫濕”對(duì)推進(jìn)劑宏觀力學(xué)逡逑參數(shù)的影響進(jìn)行了分析。逡逑＿＿逡逑焌逡逑�。哄澹湾义蠄D１．４邋Ｘｕ基于ＲＳＡ算法生成的新澆水泥漿的細(xì)觀填充模型逡逑１０逡逑

疊、包含等位置關(guān)系，該方法可以生成任何長(zhǎng)短軸比的橢球顆粒。Ｓｔａｆｆｅｒ＃５７］將分子動(dòng)逡逑力學(xué)算法改寫成可適用于任何不規(guī)則形狀顆粒的填充算法，建立起圓柱、多面體等形逡逑狀的填充模型，如圖１．５，，這些多用于細(xì)觀結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的含能材料，尤其是彈藥類材料。逡逑ｍｍ逡逑圖１．５不同形式顆粒填充模型逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V512.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665873