复合固体推进剂细观损伤扫描电镜实验及数值模拟

对复合固体推进剂进行单向拉伸载荷条件下的原位扫描电镜观察实验,分析其受载条件下的细观损伤发生及扩展特性。基于原位电镜图片,运用数字图像处理技术提取推进剂细观形貌,建立了推进剂椭圆形颗粒填充模型,对受载条件下颗粒与基体之间的脱粘行为进行数值模拟。研究表明,数值分析结果能反映推进剂受载条件下的细观损伤发生及扩展特性。

应变加载历史对推进剂力学性能的影响

对经不同应变幅值及不同次数往复拉伸后的复合固体推进剂试件进行单向拉伸试验,结合扫描电子显微镜断面观察与往复过程中原位观察结果,分析了应变加载历史对推进剂力学性能的影响。结果表明,颗粒与基体之间的脱湿程度由应变决定,往复拉伸应变幅值控制着损伤的范围,存在一个应变阈值,当往复拉伸应变幅值超出此阈值时,往复拉伸造成的损伤会影响推进剂的整体力学性能。

药柱裂纹对固体火箭发动机工作过程的影响

针对某固体火箭发动机点火启动时所受的燃气载荷,用线性粘弹性有限元法分析了无缺陷药柱和含有裂纹药柱的应力-应变场,并探讨了单裂纹部位、裂纹尺寸对发动机工作安全性的影响以及多裂纹条件下,裂纹尺寸和相互位置对裂纹扩展的影响.所得到的结论对制定固体发动机失效判据有一定的参考价值.

定应力幅值往复拉伸过程中推进剂的损伤扩展

对复合固体推进剂进行不同应力幅值条件下的往复拉伸试验,找出加载过程中往复拉伸曲线、特征应变以及耗散能的变化规律,以分析定应力幅值往复拉伸过程中推进剂的损伤特性。结果表明：往复拉伸过程中耗散能的变化反映了推进剂在不同拉伸应变下损伤形式不同,往复过程中的耗散能主要由基体的粘性耗散与破坏提供,应力幅值与往复拉伸寿命的对数之间线性相关性良好。

环境温度作用下固体火箭发动机药柱的累积损伤规律

应用三维热粘弹性有限元分析方法,计算了固体火箭发动机星型药柱在环境温度载荷作用下的温度场和热应力场。应用线性累积损伤模型,计算了不同环境温度载荷作用下药柱的累积损伤。结果表明,在不同应力水平下,推进剂的累积损伤基本符合线性累积损伤规律。星尖处的应力最大,是发动机药柱容易失效的部位。推进剂在长期热应力作用下的累积损伤不仅由应力决定,时温转换因子也是十分重要的因素。

应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能及耗散特性的影响

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单向拉伸法研究了应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能的影响,并基于耗散能方法分析了其在机械载荷作用下的耗散特性。结果表明,推进剂力学性能有明显的应变率相关性,抗拉强度、伸长率等与应变率的对数成线性增加关系;不同的应变控制也影响推进剂的力学性能;应变率和应变控制对推进剂试件的耗散能有较大的影响,耗散能与应变率的对数也成线性关系。

HTPB推进剂交变温度加速老化与自然贮存相关性

为研究与自然贮存环境相关性较好的推进剂加速老化方法，设计了HTPB复合推进剂交变温度加速老化试验，在-10～60℃温度范围内，以3种温度变化速率（10℃／12h，20℃/12h，30℃／12h），分别老化35d，56d，91d后对推进剂进行力学性能测试，基于最大伸长率进行了HTPB推进剂加速老化与自然贮存的相关性分析。结果表明，加速老化过程中推进剂抗拉强度变大、伸长率下降，与自然老化趋势一致；温度变化速率在推进剂老化过程中对力学性能变化有较大影响；交变温度加速老化1d分别相当于自然贮存9．2d，13．3d，19．7d，交变温度加速老化与自然贮存具有较好的相关性。

基于数字图像相关方法的粘接界面细观破坏分析

对粘接界面在拉伸过程的变形破坏过程进行了观察,对获得的图像采用数字图像相关方法进行处理,获得了界面的位移场,进而分析其变形演化过程与细观破坏机理。结果表明:数字图像相关方法可以有效地分析粘接界面中细观破坏过程,界面的细观破坏经历损伤的累积及局部化过程,最终沿某一局部化带发生宏观破坏。

变温环境下固体药柱的温度应力分析

为研究外界环境对固体火箭发动机性能的影响,基于推进剂药柱的热粘弹性模型,利用有限元方法对变温环境下的药柱温度应力进行了分析,研究了外界环境不同起始温度、不同升(降)温速率对药柱温度应力的影响,确定了某星型药柱内部的应力危险点。结果表明,外界环境升温导致发动机药柱内部应力下降,初期应力下降缓慢,后期应力下降较快;降温过程导致应力增加,初期增加缓慢,后期增加较快;起始温度、升(降)温速率对药柱危险点温度应力都有较大的影响,但后者的影响更为显著。不管外界环境是持续升温还是持续降温,都应该注意固体火箭发动机在贮存和使用中的"环境保护"。

丁羟推进剂吸湿分级

以丁羟推进剂为研究对象,进行了多种温湿度条件下的吸湿试验、方坯药块的浸水及干燥恢复试验、干燥恢复对不同受潮程度丁羟推进剂爆热值的影响试验;依据吸湿过程中推进剂试样表面是否存在凝水现象、固体填料AP与粘合剂基体的粘接情况、硬度和爆热值的恢复程度确定了吸湿分级的3条分界线,即吸湿率为0.04%、0.15%和5%;将丁羟推进剂吸湿划分为4个等级,分析了各级的特征,给出了对处于不同吸湿等级的推进剂的相对应的处理措施。

基于FWFPN的装备保障性定性指标评价算法

以模糊Petri网为基础，将权重、可信度等约束条件应用到模糊Petri网中，建立了一种新的、称之为加强的带权模糊Petri网；给出了加强带权模糊Petri网的形式化推理算法，并将推理算法与矩阵运算相结合，用Matlab进行计算；最后，结合舰炮装备的一些保障性定性指标对该推理算法进行了验证。

某型延寿助推器内弹道性能预示

在建立某型延寿助推器翼柱型装药的仿真模型和数学模型的基础上，对该型助推器装药进行了数值模拟，完成了内弹道性能预示，得出了该型延寿助推器燃烧室压强和推力随时间变化的规律，并根据内弹道性能预示结果分析该型延寿助推器继续使用的可能性。

SEM与数字图像法分析复合推进剂细观破坏

对复合固体推进剂拉伸变形破坏过程进行了原位扫描电镜观察,采用数字图像相关方法分析了不同变形阶段电镜图片,得到了推进剂细观表面变形场,探讨其在拉伸过程中的细观破坏机理。研究结果表明,数字图像相关方法与扫描电镜相结合为复合固体推进剂在细观尺度下的测量与破坏机理分析提供了新的途径,也为推进剂细观数值模拟提供了实验依据。

复合推进剂微型试件拉伸试验系统研制

分析了复合推进剂微型拉伸试验系统的功能需求,设计了系统总体方案,完成了硬件设备选型和搭建,利用LabVIEW完成了数据采集系统软件功能和操作界面设计。通过复合推进剂微型试件拉伸试验,验证了系统的各项功能,满足了设计要求。该系统可用于复合推进剂微型拉伸试验研究以及相关教学实验。

固体火箭发动机矩形粘接试件多角度拉伸过程变形测量与破坏模式

为了研究固体火箭发动机矩形粘接试件多角度拉伸过程的变形特点与破坏模式,按照航天行业标准QJ 2038.1A—2004制作了矩形标准试件,对其分别进行了0°、22.5°、45°、67.5°、90°角度拉伸试验。采用数字图像相关方法对拉伸过程试件变形进行测量,获得了多角度拉伸条件下粘接试件应变场分布;分析45°单角度拉伸条件下粘接试件破坏模式与多角度拉伸过程试件的应变演化规律。研究结果表明:0°拉伸时粘接试件强度最大,90°拉伸时伸长率最大;界面尚未脱粘时粘接试件的应力随外界拉伸应变的增大而线性增大,界面脱粘后应力随拉伸应变的增大而开始下降;界面法向方向的变形更容易导致界面的脱粘;拉伸角度的变化使界面关键位置发生不同程度的变形,造成粘接试件不同的破坏模式。

基于编制载荷谱的固体发动机药柱疲劳损伤分析

目的建立固体发动机在海上值班时的长时域振动载荷谱,对振动造成的发动机药柱损伤进行分析。方法通过数据实测获得了固体发动机值班时的部分载荷,使用非参数雨流矩阵外推法和时域载荷重构法编制了发动机长时域载荷谱。通过有限元仿真建立了发动机药柱的应力分布,应用Miner线性累积损伤理论计算了药柱损伤。结果外推后的x、y、z三轴极值载荷数值分别提高了51%、83%、115%。振动过程中,药柱内部Mises应力较小,越靠近粘接界面,Mises应力越大,药柱在靠近前后封头的部位产生应力集中。推导了推进剂应力幅与累积损伤的关系公式,计算得到单个载荷谱周期内药柱的累积损伤值为1.059×10^−4。结论应用非参数雨流矩阵外推法和时域载荷重构法,可以实现将实测数据中未监测到的大幅值载荷进行量化表征,有效地建立固体发动机海上值班长时域载荷谱;固体发动机连续值班6个月时,造成的药柱累积损伤(D)为0.0323。

基于数字图像处理的复合推进剂细观颗粒填充模型

复合固体推进剂的各项性能与其细观结构密切相关,建立一个准确有效的细观颗粒填充模型是对推进剂进行细观分析的前提,本文运用数字图像技术处理复合固体推进剂的电镜图片,提取其细观颗粒分布信息,通过拟合颗粒的边缘,建立推进剂圆形颗粒与椭圆形颗粒填充模型。研究表明:采用数字图像处理能有效提取复合推进剂的细观结构形貌,本文建立的填充模型,能反映推进剂的真实细观形貌。基于本文模型的细观分析,比计算机模拟生成的模型更能准确的反映材料的真实属性,有利于与原位拉伸实验进行对比。椭圆形颗粒填充模型在填充效果与反映材料属性方面优于圆形颗粒填充模型。

持续降温过程中发动机药柱的热黏弹性应力分析

基于固体火箭发动机药柱的热黏弹模型,利用有限元方法对不同外界环境温度降温条件以及材料属性下的药柱温度应力进行了分析,研究了不同降温幅度、降温速率、初始温度及推进剂平衡模量、泊松比、热膨胀系数对药柱温度应力的影响.结果表明,降温幅度、降温速率、初始温度对药柱温度应力影响显著,但不管降温幅度、降温速率、初始温度如何,温度应力随着温度的下降不断增加.在温度下降初期,温度应力增长缓慢,而在后期温度应力增长较快;推进剂材料参数对危险点的应力也有显著影响,推进剂膨胀系数和平衡模量对应力的影响有相同的趋势.