本文關(guān)鍵詞：NEPE推進劑的粘—超彈本構(gòu)模型及其應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： NEPE固體推進劑 粘-超彈本構(gòu)模型 體積膨脹 有限元仿真 應(yīng)變率相關(guān)性

【摘要】：對火箭武器的遠程化、輕型化要求,使得高能固體推進劑得到廣泛的應(yīng)用。其中NEPE固體推進劑,即硝酸酯增塑的聚醚聚氨酯(Nitrate Ester Plasticized Polyether)推進劑,由于其力學(xué)性能優(yōu)良、密度較大以及比沖高等優(yōu)點是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊活惞腆w推進劑,也代表了近期固體推進劑發(fā)展的方向。為了更好的將這一新型推進劑應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機,需對其力學(xué)性能開展研究,并在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,以期解決NEPE推進劑的裝藥結(jié)構(gòu)完整性問題。然而復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了 NEPE推進劑力學(xué)性能的復(fù)雜性,給推進劑的力學(xué)性能研究帶來難度。因此,本文開展了 NEPE推進劑的宏觀力學(xué)性能研究,主要包括以下內(nèi)容:(1)進行了 NEPE推進劑力學(xué)性能的實驗研究。通過低溫、高溫、常溫時不同應(yīng)變率下的NEPE推進劑單軸拉伸實驗,得到NEPE推進劑的力學(xué)性能具有明顯的率相關(guān)性與溫度相關(guān)性,NEPE推進劑的屈服應(yīng)力、初始模量、斷裂應(yīng)力均與應(yīng)變率的對數(shù)呈線性關(guān)系,但材料的屈服應(yīng)變和斷裂應(yīng)變與應(yīng)變率沒有明顯的率相關(guān)性;松弛實驗結(jié)果表明NEPE推進劑有明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象,并用孟-Sorvari法獲取了 Prony級數(shù)形式的松弛模量;多步松弛實驗獲取的平衡應(yīng)力在變形較大時與極慢速拉伸結(jié)果有明顯差異,是由于同等應(yīng)變下的多步松弛實驗造成的損傷大于極慢速拉伸試驗造成的損傷所導(dǎo)致的;分別用過應(yīng)力和應(yīng)力比表征多步松弛實驗的松弛特性,過應(yīng)力隨著應(yīng)變先增加而后趨于平穩(wěn),而不同應(yīng)變下的應(yīng)力比沒有統(tǒng)計學(xué)上的明顯差異;可以推斷損傷會引起平衡應(yīng)力的變化,并不能引起松弛的時間特性的變化;在加載-卸載試驗中材料表現(xiàn)出明顯的Mullins效應(yīng),呈現(xiàn)出應(yīng)力軟化及明顯的瞬時殘余應(yīng)變等現(xiàn)象。(2)基于本構(gòu)模型的基本理論,建立了含體積膨脹損傷的粘-超彈本構(gòu)模型。首先利用唯象學(xué)理論提出了一種粘-超彈本構(gòu)模型,但由于模型不含損傷參量,不能較好的描述材料在有限變形下的力學(xué)性能;而后,利用熱力學(xué)原理提出一種基于自由能理論的粘-超彈本構(gòu)模型,通過分析材料的損傷及內(nèi)部破壞形式,提出了一種含材料體積膨脹的損傷函數(shù)并應(yīng)用到本構(gòu)模型中,這種含損傷的粘-超彈本構(gòu)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測材料單軸等速率拉伸及材料變速率拉伸-松弛過程的力學(xué)性能,滿足工程應(yīng)用的需求。(3)開展了 NEPE推進劑粘-超彈本構(gòu)模型的數(shù)值計算方法研究�；贏baqus有限元軟件,編寫了 UMAT子程序,并應(yīng)用子程序?qū)屋S拉伸及變速率拉伸進行仿真,數(shù)值仿真結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好,說明本文提出的本構(gòu)模型及其有限元計算方法是正確有效的。(4)開展了 NEPE推進劑粘-超彈本構(gòu)模型的數(shù)值應(yīng)用相關(guān)研究工作。仿真結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映簡單結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力集中及應(yīng)變集中現(xiàn)象,同時仿真得到的結(jié)構(gòu)件在拉伸方向的反力與實驗所得到的吻合較好;在切口件的實驗及仿真結(jié)果均反映出切口件的應(yīng)力集中系數(shù)對切口件的強度有顯著影響,表明NEPE推進劑為切口敏感性材料;對不同星孔參數(shù)NEPE推進劑裝藥進行數(shù)值仿真分析,數(shù)值仿真結(jié)果能夠反映出星孔裝藥在內(nèi)壓作用下的力學(xué)響應(yīng),得到了星孔裝藥結(jié)構(gòu)強度隨星孔參數(shù)變化的規(guī)律。研究結(jié)果表明,本文所建立的本構(gòu)模型及其數(shù)值計算方法,能夠準(zhǔn)確描述NEPE推進劑的力學(xué)性能,并且能夠有效應(yīng)用于NEPE推進劑裝藥結(jié)構(gòu)強度的數(shù)值計算,為含NEPE推進劑裝藥的發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度分析提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：NEPE固體推進劑 粘-超彈本構(gòu)模型 體積膨脹 有限元仿真 應(yīng)變率相關(guān)性
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V512
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 注釋表16-17
• 1 緒論17-37
• 1.1 研究背景、目的和意義17-18
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-35
• 1.2.1 粘-超彈模型的發(fā)展現(xiàn)狀18-30
• 1.2.2 復(fù)合推進劑本構(gòu)模型研究進展30-32
• 1.2.3 固體火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析研究進展32-35
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容35-37
• 2 NEPE推進劑力學(xué)性能的實驗研究37-66
• 2.1 單軸拉伸實驗及力學(xué)性能的率相關(guān)性38-48
• 2.1.1 實驗材料及技術(shù)38-40
• 2.1.2 實驗結(jié)果40-48
• 2.2 松弛實驗48-50
• 2.2.1 實驗材料及技術(shù)48-49
• 2.2.2 實驗結(jié)果49-50
• 2.3 多步松弛實驗與極慢速拉伸實驗50-53
• 2.3.1 實驗材料及技術(shù)50
• 2.3.2 實驗結(jié)果50-51
• 2.3.3 多步松弛的過應(yīng)力51-52
• 2.3.4 多步松弛的應(yīng)力比52-53
• 2.4 加載-卸載實驗及Mullins效應(yīng)53-57
• 2.4.1 實驗材料及技術(shù)54-55
• 2.4.2 實驗結(jié)果55-57
• 2.5 實驗結(jié)果分析57-64
• 2.5.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的Maxwell模型描述57-60
• 2.5.2 室溫時的松弛模量60-62
• 2.5.3 損傷后松弛模量的討論62-64
• 2.6 本章小結(jié)64-66
• 3 NEPE推進劑粘-超彈本構(gòu)模型研究66-101
• 3.1 模型化的粘-超彈本構(gòu)模型67-75
• 3.1.1 超彈性方程67-69
• 3.1.2 粘彈性方程69-70
• 3.1.3 本構(gòu)模型的一維形式70-71
• 3.1.4 模型參數(shù)的獲取與驗證71-75
• 3.2 NEPE推進劑顆粒脫濕及體積膨脹75-82
• 3.2.1 顆粒脫濕75-76
• 3.2.2 體積膨脹76-78
• 3.2.3 體積膨脹的計算模型78-82
• 3.3 含損傷的粘-超彈本構(gòu)模型82-100
• 3.3.1 基于自由能的粘-超彈本構(gòu)模型82-87
• 3.3.2 模型參數(shù)的獲取及模型的驗證87-91
• 3.3.3 含損傷的粘-超彈本構(gòu)模型91-100
• 3.4 本章小結(jié)100-101
• 4 含損傷粘-超彈本構(gòu)模型的有限元應(yīng)用研究101-124
• 4.1 完全的Lagrangian格式有限元101-108
• 4.1.1 完全的Lagrangian格式的弱形式101-102
• 4.1.2 完全的Lagrangian格式的有限元離散102-106
• 4.1.3 完全的Lagrangian格式的平衡方程組的求解106-108
• 4.2 粘-超彈本構(gòu)模型的數(shù)值離散108-116
• 4.2.1 線粘彈性本構(gòu)的數(shù)值離散108-112
• 4.2.2 粘-超彈本構(gòu)模型的數(shù)值離散112-115
• 4.2.3 含損傷粘-超彈本構(gòu)模型的數(shù)值離散115-116
• 4.3 含損傷粘-超彈本構(gòu)模型的UMAT子程序116-119
• 4.3.1 UMAT子程序與主程序的關(guān)系117-118
• 4.3.2 本構(gòu)模型的UMAT子程序編寫118-119
• 4.4 數(shù)值方法及本構(gòu)模型的驗證119-123
• 4.4.1 等速率單軸拉伸驗證119-121
• 4.4.2 變速率單軸拉伸實驗驗證121-123
• 4.5 本章小結(jié)123-124
• 5 NEPE推進劑粘-超彈本構(gòu)模型有限元法的應(yīng)用124-145
• 5.1 簡單構(gòu)件的有限元驗證124-129
• 5.1.1 實驗124-125
• 5.1.2 實驗過程的有限元仿真125
• 5.1.3 仿真及實驗結(jié)果125-129
• 5.2 NEPE推進劑切口件強度及切口敏感性分析129-133
• 5.2.1 實驗及仿真129-130
• 5.2.2 實驗及仿真結(jié)果分析130-133
• 5.3 貼壁澆鑄裝藥在內(nèi)壓作用下的有限元仿真133-144
• 5.3.1 有限元模型134-135
• 5.3.2 典型仿真結(jié)果分析135-139
• 5.3.3 壓力上升速度對裝藥結(jié)構(gòu)強度的影響139-140
• 5.3.4 裝藥結(jié)構(gòu)參數(shù)對裝藥結(jié)構(gòu)強度的影響140-144
• 5.4 本章小結(jié)144-145
• 6 全文總結(jié)145-147
• 6.1 工作總結(jié)145-146
• 6.2 創(chuàng)新點146
• 6.3 未來展望146-147
• 致謝147-148
• 參考文獻148-160
• 攻讀博士期間取得的研究成果160-161

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉志林;王曉鳴;姚文進;李文彬;陳皓;劉曉軍;;底排藥的高應(yīng)變率動態(tài)響應(yīng)實驗和仿真[J];含能材料;2014年04期

2 孫朝翔;鞠玉濤;鄭健;鄭亞;張君發(fā);;改性雙基推進劑高低應(yīng)變率下壓縮特性試驗研究[J];兵工學(xué)報;2013年06期

3 謝理想;趙光明;孟祥瑞;;軟巖及混凝土材料損傷型黏彈性動態(tài)本構(gòu)模型研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2013年04期

4 賴建偉;常新龍;龍兵;張有宏;方鵬亞;;低溫和應(yīng)變率對HTPB推進劑壓縮力學(xué)性能影響[J];固體火箭技術(shù);2012年06期

5 楊月誠;張昆鵬;王廣;趙奇國;;某型復(fù)合固體推進劑-40℃條件下準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能仿真[J];四川兵工學(xué)報;2012年09期

6 王蓬勃;王政時;鞠玉濤;孫朝翔;許進升;;雙基推進劑高應(yīng)變率型本構(gòu)模型的實驗研究[J];固體火箭技術(shù);2012年01期

7 胡少青;鞠玉濤;孟紅磊;周長省;;雙基推進劑壓縮力學(xué)性能的應(yīng)變率相關(guān)性研究[J];彈道學(xué)報;2011年04期

8 許進升;鞠玉濤;周長省;孟紅磊;;模數(shù)對藥柱熱應(yīng)力的影響[J];彈道學(xué)報;2011年03期

9 孟紅磊;鞠玉濤;周長省;鄭健;;改性雙基推進劑損傷破壞研究[J];彈道學(xué)報;2011年02期

10 許進升;鞠玉濤;周長省;孟紅磊;;變截面星孔藥柱在溫度沖擊載荷作用下的力學(xué)特性[J];固體火箭技術(shù);2011年02期

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本文編號：739997