基于随机本构模型的HTPB推进剂装药结构完整性评估

针对HTPB推进剂力学性能的分散性问题,引入用对数正态概率密度函数描述的随机参数,构建随机本构模型,开展了基于随机本构模型的发动机药柱在点火增压工况下的结构完整性分析。结果表明:通过随机本构模型预测的5组应力应变曲线与试验的5组应力应变曲线重合度较高,试验曲线全部落在95%的概率区间之内,随机本构模型可以较好地反映推进剂材料的分散性;药柱的力学响应与随机参数有关,最大Von Mises应力、最大Von Mises应变、最大位移、最大损伤指数及安全系数均与随机参数呈近似线性关系;基于试验曲线拟合的本构模型和基于概率区间预测的随机本构模型获得的药柱力学响应误差不超过1%,基于概率区间预测的随机本构模型可以准确预测点火增压载荷下的药柱力学响应。

考虑NEPE推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析。结果表明:在轴向和横向联合过载作用下,NEPE推进剂药柱处于拉压共存状态,且药柱的拉伸和压缩区域与推进剂本构模型无关;推进剂的拉压不对称性对其力学响应有一定的影响,考虑拉压不对称性的最大等效应变为1.54,介于分别由拉伸本构计算得到的应变0.193和压缩本构计算得到的应变0.100之间。考虑拉压不对称性的安全系数为5.68,大于未考虑时的安全系数1.73和4.98,传统的结构完整性评估方法较为保守。

氢气爆燃条件下安全壳结构完整性分析

该文主要针对氢气爆燃条件下安全性进行仿真研究,通过数值仿真获得不同工况下发生氢气爆燃时安全壳内压力场、温度场的空间分布与时间演化特征,获得氢气发生爆燃时作用于安全壳内壁及安全壳内完整、可信的压力、温度载荷数据,从而为安全壳及设备的力学响应分析提供输入参数。模拟结果表明,在安全壳内氢气爆燃爆轰所产生高温和高压的影响下,安全壳结构的最大变形为95.274 m,最大应力约为2.6E+11 Pa,远大于安全壳所用结构钢材料的屈服极限,安全壳发生塑性变形,结构遭到根本性的破坏。

一种基于多传感器模块的城镇燃气管道结构完整性设备研究

城镇燃气管道作为重要的城市基础设施,其结构完整性直接关系到城市燃气的供应安全与稳定。结构完整性失效可能导致燃气泄漏,从而引发安全事故,对公众生命财产安全构成严重威胁,因此对城镇燃气管道结构完整性的监测和管理具有重要意义。文章重点介绍装置的研究方法和技术路径、结构及工作工程。研发的原理样机在DN100mm管道中进行的实验结果表明,该检测器整体性能达到设计指标,能够显著提高燃气管道的安全性,预防潜在的结构完整性失效。

城镇燃气管道结构完整性内检测技术研究现状与挑战

本文对城镇燃气管道结构完整性内检测技术进行了综述,介绍了其研究背景、发展现状、存在的问题以及未来研究方向。通过对多种检测方法的比较和分析,指出了当前内检测技术的发展趋势和亟待解决的问题。

“固体发动机药柱结构完整性”专栏导语

固体发动机是各类导弹武器和火箭的常用动力装置之一。近年来,新型高性能固体发动机研制提出了高装填分数、宽温适应性和强界面粘接性能等苛刻要求。在制造、运输、贮存、维护、使用等全寿命周期过程中,固体发动机会受到温度载荷、振动载荷。

固体发动机药柱结构完整性专栏征稿启事

新一代大射程、跨区域、立式长贮固体导弹发动机要求具有高装填分数、高压强、宽温适应和强界面粘接性能,对推进剂力学性能和药柱结构完整性均提出了严峻挑战。药柱结构完整性一直是固体发动机面临的重大基础性学术挑战,载荷的极端性、材料和工艺的不稳定性、测试的高安全要求均使得这一问题的解决变得极为复杂。深入研究固体推进剂和粘接界面力学性能的宏-细-微观跨尺度关联、工艺对装药力学性能的影响规律、发动机药柱结构性能的监检测技术,对认识药柱结构完整性破坏机理,提出可行的药柱结构完整性提升方案至关重要。近年来,国内在发动机药柱结构完整性学术研究和工程实践方面投入了大量的精力,取得了一些进展,为追踪报道药柱结构完整性方面的前沿研究成果,促进学术交流,引领行业发展,本刊特组织“固体发动机药柱结构完整性”专栏,拟在2024年第4期刊登,为相关领域的研究人员提供参考借鉴,进一步推动固体发动机药柱结构完整性理论、技术与应用的发展。

序贯载荷下考虑泊松比的药柱结构完整性分析

为研究序贯载荷下固体推进剂泊松比变化对药柱结构的影响规律,基于线黏弹性本构方程,选取了固体火箭发动机的固化降温、立式贮存和低温点火三种典型载荷,分别进行单一载荷和序贯载荷下考虑泊松比取值变化的药柱结构完整性分析。结果表明:与单一载荷相比,序贯载荷下药柱的结构响应较为显著;序贯载荷下药柱泊松比不变时,随着工况1~6组的泊松比不断增大,固化降温和立式贮存的药柱应变也随之增大,低温点火时药柱应变随之减小,泊松比为0.497 0可满足安全性要求;序贯载荷下药柱泊松比改变时,泊松比取值较大(0.499 5、0.499 6)对固化降温和立式贮存的药柱应变影响较小,而对低温点火的药柱应变影响较大,固化降温和立式贮存时取泊松比均为0.495 0、低温点火时取0.499 5可满足安全性要求;分别计算了单一载荷和序贯载荷下随泊松比取值变化的药柱结构安全系数,前者均满足结构完整性要求,后者部分满足结构完整性要求,表明序贯载荷下得到的安全系数比较保守。

大跨距扶梯结构完整性安全评价初探

随着城市化和户外旅游业发展,大跨距扶梯需求增加,其研究集中多方面推动技术和标准完善。对大跨距高扬程扶梯结构完整性安全评价意义重大,可保障乘客安全、提高扶梯性能、促进行业发展。其存在结构设计、运行环境、维护管理风险。安全评价流程包括资料收集、现场检查、数据分析及结论与建议,要考虑实际情况并遵守标准规范。评估内容涵盖设计、材料、制造与安装、运行与维护、管理等多方面,从多个项目及具体内容进行综合考虑。未来大跨距扶梯结构完整性安全评价将更精准、智能、全面,应用先进技术手段,加强实时监测与预警,提升安全性能和行业水平。

航空发动机结构完整性研究进展

航空发动机结构完整性包含发动机结构的功能、强度、刚度、振动、疲劳、蠕变、寿命、损伤容限,以及发动机结构可靠性,对于满足发动机综合性能(如推重比)的要求和保证发动机的安全性与耐久性具有至关重要的意义。系统地介绍了美、英、俄等国航空发动机结构完整性研究的进展和成就,重点介绍了美国《发动机结构完整性大纲》和相关研究计划的研究、形成和发展的演变过程,并指出了中国发动机结构完整性的研究现状和发展任务。

高过载条件下固体推进剂药柱结构完整性分析计算

采用有限元法对固体火箭发动机药柱在高过载条件下的应力、应变和位移场进行三维线性粘弹性分析,得出了药柱在轴向和横向过载作用下的变形结果,为高加速固体发动机药柱结构设计提供参考。

固体火箭发动机喷管结构完整性分析

通过计算温度场和应力场,分析了喷管在发动机工作过程中的结构完整性。将燃气简化为一维等熵流,以确定喷管内型面所承受的温度和压强载荷。基于三维有限元模型,计算了喷管的瞬时温度场。然后,将温度场分析结果导入结构分析模型,用点-点接触单元模拟喷管材料之间的接触状态,对温度和压强载荷联合作用下的应力场进行了分析。结果表明,喷管结构是安全的。

一种自由装填式组合药柱的低温三维结构完整性分析

为分析自由装填式复杂组合药柱在低温多次出现点火爆炸的原因,采用基于Updated Lagrangian方法的三维热粘弹性大变形增量本构关系,对组合药柱的结构完整性进行了计算。为分析瞬态温度场以及热应力应变分布,采用基于时温等效原理和热流变简单材料假设的有限元模型,得到了危险点位置,并比较了在不同贮存温度下组合药柱的结构完整性。结果表明,药柱结构的不合理性是导致低温贮存条件下组合药柱发生结构完整性破坏的主要原因。

材料性能对固体发动机结构完整性的影响

基于描述粘弹性材料特性的Burgers模型的本构关系以及基于该本构关系下的有限元方法 ,根据温度载荷和内压载荷的特点 ,分别建立了分析某固体发动机材料性能参数对结构完整性影响的有限元模型。应用MSC/NAS TRAN结构分析软件 ,详细分析了在温度和内压载荷作用下固体发动机材料性能参数对结构完整性的影响。在温度载荷的作用下 ,主要影响结构完整性的是推进剂的泊松比与热膨胀系数 ;在内压载荷作用下 ,主要影响结构完整性的是包覆层和推进剂的泊松比以及推进剂的初始模量。

固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析

分别采用三维弹性和三维线粘弹性模型,对固体发动机药柱在低温和点火升压2种载荷下的结构完整性进行了计算分析。研究了推进剂弹性模量E、泊松比μ、药柱m数等参数对结构完整性的影响。结果表明,在发动机低温点火条件下,药柱内孔表面是最危险部位;固化降温和点火升压2种载荷引起的最大等效应变在此是相互叠加的;药柱m数对固化降温和点火升压载荷下的应变分布有重要影响。

自由装填式固体火箭发动机药柱低温点火结构完整性分析

利用三维有限元方法,通过热-机耦合,分析一种自由装填式固体火箭发动机药柱从药柱固化降温到低温点火整个过程中发动机的温度场、总位移、等效应力和等效应变的变化情况,得到了固化降温和点火升压过程中药柱/壳体有无粘接两种情况下发动机的受力情况的不同,并根据最大应变能理论,分析了两种情况发动机药柱的结构完整性;得出了在温度和压强双重载荷下,模量、泊松比、药柱/壳体粘接高度等参数对发动机药柱结构完整性的影响规律,表明该型发动机药柱/壳体粘接高度不宜超过40 mm。

塑料检查井结构完整性分析研究

详述了结构完整性的试验原理,并选取了国内有代表性的注塑检查井作为研究对象,按照标准BS EN13598-2:2009对样品进行了结构完整性研究,分析了不同结构、填埋深度对该项实验结果的影响,对目前中国塑料检查井的质量水平做出评价,并给出了塑料检查井在结构设计和材质选择上的建议。

含内聚空洞的固体发动机药柱结构完整性分析

为评估固体发动机药柱含内聚空洞时的结构完整性,通过在药柱后部不同应变梯度的部位设置不同直径的内聚空洞,基于三维黏弹性有限元分析方法,计算了在燃气内压和轴向过载作用下发动机的应变场。由不同直径内聚空洞的最大VonMises应变值随着直径变化的规律及最大VonMises应变准则判断出内聚空洞位于药柱不同位置时允许的最大直径.

温度载荷下带筋套管形装药结构完整性分析

为了分析带筋套管形装药在低温多次出现点火爆炸的原因,基于Updated Lagrangian方法,推导了热粘弹性大变形增量本构关系。在分析瞬态温度场的基础上,进一步给出了热应力应变分布,指出了危险点位置。通过选取十二种热膨胀系数以及十四种肉厚系数,对推进剂药柱进行了结构完整性计算,得出热膨胀系数与最大等效应力应变成线性关系,而肉厚系数与最大等效应力应变之间成指数函数关系的结论。结果说明:肉厚系数的选择对固体火箭发动机装药保持结构完整性有重要影响。

高温老化过程中推进剂模量变化对药柱结构完整性的影响

将NEPE推进剂在65℃,70℃,75℃下分别老化不同时间后,用动态力学分析仪测定其动态力学性能。利用测试得到的推进剂动态力学特性参数,经计算得出推进剂的平衡模量。随着老化时间增加,其平衡模量值逐渐降低。利用有限元方法,分析在老化过程中推进剂平衡模量的变化对药柱结构完整性的影响,即在高温老化过程中,当NEPE推进剂的平衡模量降低至某一值时,固体火箭发动机药柱的结构完整性破坏。