隨著固體火箭武器戰(zhàn)術指標要求的不斷提高,固體火箭發(fā)動機開始向著高裝填密度、大肉厚、大長徑比、高固體含量推進劑裝藥的方向發(fā)展,且由于火箭增程炮彈、炮射導彈等武器先后裝備及彈射技術廣泛應用,使得沖擊載荷下固體推進劑裝藥結(jié)構(gòu)完整性問題變得突出。固體推進劑在生產(chǎn)、運輸、存儲和發(fā)射過程會承受-50℃～+60℃環(huán)境溫度的變化,因此同時考慮固體推進劑不同溫度和不同應變率下力學特性對推進劑裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析顯得尤為重要。本文針對某改性雙基推進劑(簡稱改雙基)進行力學特性研究,主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面:(1)針對改雙基的溫度相關性進行-100℃～100℃交變載荷下動態(tài)力學分析實驗,研究改雙基在玻璃態(tài)、粘彈態(tài)和橡膠態(tài)三種不同物態(tài)下力學特性。通過考慮改雙基松弛轉(zhuǎn)變溫度和瞬態(tài)模量的頻率相關性,建立改雙基寬泛溫度下存儲模量模型,該模型能較好描述不同頻率下改雙基玻璃態(tài)、粘彈態(tài)和橡膠態(tài)下存儲模量隨溫度變化規(guī)律。(2)利用材料試驗機進行-40℃～60℃改雙基準靜態(tài)壓縮實驗,得到1.1×10-4S-1～5.5× 10-1s-1低應變率下應力-應變曲線。實驗結(jié)果表明改雙基壓縮破壞表現(xiàn)出最大剪應力破壞特征,應力-應變曲...

【文章頁數(shù)】：167 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景、目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 固體火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)完整性研究概述
            1.2.1.1 固體推進劑藥柱壽命周期中所受載荷
            1.2.1.2 固體推進劑力學特性研究概述
        1.2.2 材料高應變率力學性能測試技術
            1.2.2.1 沖擊動力學及率相關實驗技術
            1.2.2.2 SHPB實驗理論及技術發(fā)展
        1.2.3 寬泛應變率下本構(gòu)模型概述
            1.2.3.1 粘彈性本構(gòu)模型
            1.2.3.2 屈服應力的溫度和應變率相關性
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 改性雙基推進劑的溫度相關性及動態(tài)熱力分析
    2.1 高分子材料的溫度相關性及松弛轉(zhuǎn)變
    2.2 改性雙基推進劑動態(tài)熱力分析
        2.2.1 動態(tài)力學特性與復模量
        2.2.2 實驗試件及實驗方法設計
        2.2.3 實驗結(jié)果及分析
    2.3 寬泛溫度下的存儲模量模型
        2.3.1 阿倫尼烏斯方程及T_β(f)的確定
        2.3.2 時溫等效原理及T_g(f)的確定
        2.3.3 T_f(f)的確定
        2.3.4 E_i的確定
    2.4 本章小結(jié)
3 改性雙基推進劑準靜態(tài)壓縮實驗研究
    3.1 實驗試件
    3.2 實驗方法及過程
    3.3 實驗結(jié)果及分析
        3.3.1 應變率對改雙基應力-應變曲線影響分析
        3.3.2 溫度對改雙基應力-應變曲線影響分析
        3.3.3 改雙基與聚合物和雙基推進劑特性對比
    3.4 本章小結(jié)
4 改性雙基推進劑高應變率壓縮實驗研究
    4.1 SHPB實驗中關鍵問題分析
        4.1.1 壓桿內(nèi)一維彈性應力波傳播
        4.1.2 試件的應力均勻性
            4.1.2.1 矩形入射波
            4.1.2.2 梯形入射波
        4.1.3 試件的恒應變率變形及脈沖整形技術
    4.2 分離式霍普金森壓桿動態(tài)校核
    4.3 改性雙基推進劑SHPB試件及實驗方法
        4.3.1 實驗試件尺寸設計
        4.3.2 實驗方法及過程
    4.4 實驗結(jié)果及分析
        4.4.1 實驗數(shù)據(jù)可靠性分析
        4.4.2 高應變率下應力-應變曲線
        4.4.3 改雙基與聚合物和雙基推進劑特性對比
    4.5 本章小結(jié)
5 寬泛應變率和溫度下改性雙基推進劑本構(gòu)模型
    5.1 寬泛應變率和溫度下粘彈性本構(gòu)模型
        5.1.1 E₀參數(shù)的溫度相關性
        5.1.2 E₁參數(shù)的溫度和應變率相關性
        5.1.3 τ₁參數(shù)的溫度和應變率相關性
    5.2 寬泛應變率和溫度下屈服應力模型
        5.2.1 高分子材料屈服應力定義
        5.2.2 改進型Richeton協(xié)同熱活化模型
            5.2.2.1 玻璃化溫度以下改進型Richeton模型
            5.2.2.2 玻璃化溫度以上改進型Richeton模型
    5.3 模型結(jié)果與實驗結(jié)果對比
    5.4 本章小結(jié)
6 改性雙基推進劑本構(gòu)模型有限元數(shù)值應用研究
    6.1 有限元方法理論
        6.1.1 更新的Lagrangian格式控制方程
        6.1.2 更新Lagrangian方程的弱形式
        6.1.3 弱形式的有限元離散
        6.1.4 有限元離散方程組的顯式求解
    6.2 改雙基粘彈性本構(gòu)模型的數(shù)值實現(xiàn)
        6.2.1 改雙基本構(gòu)模型的三維形式
        6.2.2 改雙基三維本構(gòu)方程的增量形式
        6.2.3 改雙基本構(gòu)模型VUMAT子程序
    6.3 本構(gòu)模型的有限元驗證
        6.3.1 準靜態(tài)下等速率單軸壓縮實驗驗證
        6.3.2 沖擊載荷下動態(tài)壓縮實驗驗證
    6.4 改雙基星孔裝藥點火沖擊載荷下有限元仿真
        6.4.1 有限元仿真模型的建立
        6.4.2 仿真結(jié)果分析
            6.4.2.1 典型仿真結(jié)果分析
            6.4.2.2 不同點火壓力影響分析
            6.4.2.3 不同溫度影響分析
    6.5 本章總結(jié)
7 全文總結(jié)
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 未來展望
致謝
參考文獻
附錄A: SHPB實驗matlab數(shù)據(jù)處理程序
附錄B: 改雙基VUMAT子程序
攻讀博士學位期間取得的研究成果
    一、發(fā)表的學術論文
    二、參與項目及課題研究



本文編號：3752335