發(fā)布時(shí)間：2020-05-18 22:14

【摘要】：在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)服役過程中,推進(jìn)劑藥柱會(huì)受到不同形式的交變載荷的作用,這些交變載荷短時(shí)間不會(huì)造成藥柱宏觀上的破壞,但長時(shí)間循環(huán)加載作用,會(huì)對推進(jìn)劑力學(xué)性能造成惡劣影響,使固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞。本文以某科研項(xiàng)目為背景,開展了 HTPB推進(jìn)劑原始材料的單軸拉伸和應(yīng)力松弛試驗(yàn),獲取了推進(jìn)劑不同應(yīng)變率下的力學(xué)性能,并對HTPB推進(jìn)劑進(jìn)行了不同應(yīng)力水平和加載頻率的疲勞試驗(yàn),研究了材料的疲勞壽命方程和損傷演化規(guī)律,結(jié)果可為裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析和發(fā)動(dòng)機(jī)安全設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。主要內(nèi)容如下:(1)利用材料萬能試驗(yàn)機(jī)完成了疲勞前HTPB推進(jìn)劑不同應(yīng)變率下的單軸拉伸試驗(yàn)和應(yīng)力松弛試驗(yàn),得到了推進(jìn)劑不同應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和應(yīng)力松弛曲線,通過分?jǐn)?shù)指數(shù)模型擬合獲取了材料的松弛模量,以此建立了松弛型積分本構(gòu)模型,并引入了應(yīng)變率和應(yīng)變范圍相關(guān)的損傷因子,可以很好地描述材料不同應(yīng)力率下的力學(xué)響應(yīng)。(2)利用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀開展了 HTPB推進(jìn)劑不同應(yīng)力水平和加載頻率的疲勞試驗(yàn),分析了疲勞過程中的應(yīng)力、應(yīng)變以及滯回環(huán)等力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律,獲取了材料不同條件下的疲勞壽命,并利用紅外熱像儀實(shí)時(shí)監(jiān)測疲勞過程中HTPB推進(jìn)劑試件的溫升變化,分析疲勞過程中材料的產(chǎn)熱規(guī)律以及確定疲勞斷裂位置和疲勞極限。通過開展疲勞后單軸拉伸試驗(yàn),并結(jié)合電鏡掃描,從微觀層面解釋了 HTPB推進(jìn)劑的疲勞損傷機(jī)理。(3)通過常幅應(yīng)力控制疲勞試驗(yàn),獲取了 HTPB推進(jìn)劑在雙對數(shù)坐標(biāo)系下的疲勞方程,探討了疲勞壽命與最大加載應(yīng)力和加載頻率之間的關(guān)系,建立了頻率修正的疲勞壽命方程。從宏觀力學(xué)性能的劣化為出發(fā)點(diǎn),定義HTPB推進(jìn)劑疲勞過程中動(dòng)態(tài)模量的衰減作為損傷變量,基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué),建立了可以考慮宏觀裂紋發(fā)展的含頻率效應(yīng)的疲勞損傷三階段模型,可以很好地表征HTPB推進(jìn)劑在常溫下不同加載應(yīng)力和加載頻率下的損傷演化規(guī)律。(4)對HTPB推進(jìn)劑開展變幅載荷加載的疲勞試驗(yàn),分析了加載次序和加載幅值對材料動(dòng)態(tài)模量和疲勞溫升的影響,給出了 Miner法則、修正Miner法則和Corten-Dolan理論進(jìn)行疲勞壽命估算的方法和計(jì)算公式,并且建立了基于疲勞損傷模型和疲勞溫升的累積損傷理論,探討了這幾種疲勞累積損傷理論對HTPB推進(jìn)劑殘余壽命預(yù)測的適用性和準(zhǔn)確性。
【圖文】：

剩余強(qiáng)度模型目前在復(fù)合材料層合板中應(yīng)用較多。逡逑剩余剛度模型運(yùn)用的較為廣泛，與剩余強(qiáng)度模型相比，它克服了不能進(jìn)行無損評逡逑估這一缺點(diǎn)，使得對材料疲勞累積損傷的連續(xù)評估成為可能。如圖１．４所示，在循環(huán)逡逑荷載作用下，剛度模量有很多種定義：疲勞模量Ｆ（７Ｖ，？）、彈性模量五（＃，０和割線模量逡逑ＭＭｄ。其中Ｗ表示循環(huán)周次，？對應(yīng)最大疲勞載荷和材料強(qiáng)度比。逡逑y逡逑Ｓｔｒａｉｎ逡逑圖１．４疲勞常用模量的定義方法逡逑Ｈａｎ等人選取疲勞模量來定義損傷變量：逡逑哨－中，）邐＿逡逑１０逡逑

，獲得了邋ＨＴＰＢ推進(jìn)劑的松弛模量，基于此建立了含損傷的粘彈描述不同應(yīng)變率下較大應(yīng)變范圍的力學(xué)響應(yīng)。逡逑推進(jìn)劑單軸拉伸力學(xué)性能研宄逡逑效應(yīng)是粘彈性材料區(qū)別于金屬材料的一個(gè)重要特點(diǎn)，指的是粘載荷加載速率有關(guān)。本節(jié)通過開展ＨＴＰＢ推進(jìn)劑不同應(yīng)變速率步探索拉伸速率對ＨＴＰＢ推進(jìn)劑力學(xué)參數(shù)的影響。逡逑備和方法逡逑低由生產(chǎn)加工等因素引起的推進(jìn)劑力學(xué)性能散差，選用同一批胚料作為試驗(yàn)對象，試驗(yàn)用的ＨＴＰＢ推進(jìn)劑是三組元復(fù)合固體分?jǐn)?shù)如下：鋁粉（Ａ１）邋１８％，高氯酸銨（ＡＰ）邋７０％，邋ＨＴＰＢ橡。參照國標(biāo)ＱＪ９２４－８５的指標(biāo)，將推進(jìn)劑胚料加工切割成啞鈴見圖２．１。為了消除機(jī)械加工帶來的殘余應(yīng)力，將加工完成的試的保溫箱中保溫４８ｈ。逡逑單位：ｍｍ逡逑１２０逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V512

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2670387