压力环境下固体推进剂含损伤的统一本构研究

为了建立固体推进剂压力环境下的统一的损伤本构方程,利用改进的万能材料试验机对一种固体推进剂在常温下、不同的压力环境进行了准静态拉伸实验。利用ABAQUS软件的二次开发用户材料子程序UMAT接口,根据实验得到的结果及其应力应变响应特征,确定了本构方程中的系数。计算结果说明本构方程能够很好地描述该推进剂在压力环境下的力学行为。

压力载荷下模压高硅氧酚醛喷管裂纹稳定性分析

为了进行模压高硅氧喷管裂纹压力载荷下的稳定性分析,对模压髙硅氧材料开展了Ⅰ型断裂韧性测试,获得了J积分试验数据,特别针对试件的设计、制造、实验参数、数据处理等进行了详细讨论。最后,利用ABAQUS软件的裂纹分析模块,对某发动机的模压高硅氧材料的喷管裂纹进行了稳定性分析,给出了基于断裂参数的模压髙硅氧喷管的安全系数,通过热试车验证了该方法在工程上具有应用性。

高压下喷管柔性接头摆动力矩数值分析

为了研究柔性接头摆动力矩随容压的增加而减小的内在原因,建立某型号柔性接头三维有限元模型,利用"三阶五项式"超弹本构模型表征弹性件橡胶材料的本构关系,数值模拟柔性接头在不同容压下的摆动过程。发现弹性件剖面上的剪应力场分布及数值随容压变化明显,由其计算出的摆动力矩变化明显。整理计算结果发现,摆角相同时,随容压增大摆动力矩呈减小趋势,该现象与实验结果吻合较好。

液态聚碳硅烷的结构及固化行为对其陶瓷化的影响

液态聚碳硅烷作为一种新型陶瓷先驱体,可通过先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备陶瓷基复合材料(CMC),也可通过包覆有机纤维来提高柔性绝热层的耐烧蚀性能。文中通过红外光谱和核磁共振表征了3种液态聚碳硅烷先驱体VHPCS,VHPCS-S和AHPCS的结构组成,在150℃前的固化反应主要通过C═C键以多种方式进行,与AHPCS相比,VHPCS和VHPCS-S中双键与硅氢键的摩尔比提高了约18.2%;采用非等温差示扫描量热分析(DSC)法研究了3种先驱体及其在交联剂过氧化二异丙苯体系时的固化反应动力学,发现固化反应温度和表观活化能均有所降低,先驱体可以在低温下实现快速交联反应;利用同步热分析和X射线衍射分析了先驱体的陶瓷化过程及裂解产物的结晶行为,VHPCS-S在1200℃时的陶瓷产率高于其余2种先驱体VHPCS与AHPCS。对于DCP/VHPCS-S交联体系,在150℃固化后陶瓷产率达到89.82%。此外,DCP的加入可以有效抑制β-SiC结晶。

低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析

采用线粘弹性模型,针对固体发动机低温状态点火瞬间的推进剂相关力学特性对固体发动机药柱进行了低温状态点火瞬间的结构响应分析。点火瞬间的推进剂模量变化不大,对药柱的结构响应影响较小;而推进剂在不同状态下其泊松比并非一定值:低温状态下推进剂泊松比的值较小,点火升压下推进剂泊松比迅速增大至接近0.5,推进剂泊松比的微小变化对药柱的结构响应有很大影响。分别计算分析了低温状态点火瞬间推进剂泊松比为定值时与推进剂泊松比为非定值时的药柱结构响应仿真结果。分析结果表明,低温状态点火瞬间的药柱应变呈不断增高而应变率则逐渐降低;计算得圆管型模拟发动机的安全系数为1.48,这比推进剂泊松比为定值时计算得到的安全系数的值减小了13.5%。

固体火箭发动机药柱加压固化仿真

对于药柱外/内径比(m数)很大的贴壁浇注式固体火箭发动机,在固化降温后,推进剂药柱内会产生显著的热应变,这严重限制了发动机的进一步高性能化。加压固化是一种降低推进剂药柱内热应变的有效方法。文中分析了加压固化的原理,推导出了加压固化所需压强与发动机参数之间的关系式,提出了一种两步分析法的加压固化有限元分析方法。针对4种不同壳体材料的圆管发动机,进行了加压固化理论计算与有限元仿真分析,给出了4种壳体加压固化时的推荐压强。

HTPB推进剂热力耦合老化力学性能研究

为了研究预应变对复合固体推进剂老化性能的影响,针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,通过单轴拉伸力学性能测试及拉伸断面扫描电镜试验研究了不同预应变作用下HTPB推进剂的老化性能。结果表明:在试验预应变范围内(≤15%),无论预应变水平多大,随老化时间的延长,粘合剂基体的氧化交联反应是HTPB推进剂的主要老化机理;在相同老化时间,预应变对HTPB推进剂力学性能的影响存在一个损伤阈值,当预应变超过该阈值时,拉伸断面中AP颗粒/粘合剂基体界面"脱湿"及粘合剂基体撕裂损伤现象明显。

预应变对HTPB推进剂老化动态力学性能的影响

针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,采用动态热机械分析仪测定了不同预应变老化作用下HTPB推进剂的动态力学参数,获得并分析了推进剂的储能模量、损耗模量及力学损耗温度谱等参数。结果表明,老化过程中预应变对HTPB推进剂动态力学性能有较大影响。在相同老化时间,随预应变的增大,HTPB推进剂高分子链柔性降低,玻璃化温度升高,玻璃化松弛活化能增大,力学损耗增大。无预应变老化条件下,随老化时间的增加,HTPB推进剂力学损耗降低,黏合剂氧化交联起主导作用,而15%预应变老化条件下,随老化时间的增加,HTPB推进剂力学损耗增加,基体损伤及填料/基体界面损伤对推进剂力学损耗起主导作用。

基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析

建立了双道O型圈密封的轴对称模型,采用施加轴向位移的方式模拟O型圈的预装过程,利用Abaqus的压力渗透加载方式动态地寻找密封面的临界点。仿真模拟了O型圈的预装过程、介质加压过程和往复运动过程,研究了介质压力、往复运动速率对O型圈密封性能的影响。结果表明,在预装过程开始的很短时间内,Mises应力便出现峰值,然后回落,随着介质压力的增大,O型圈内Mises应力、接触应力、接触宽度和动摩擦力都会相应增大,双道O型圈在静密封和动密封中均能保持很好的密封性能。

海态环境下舰载固体火箭发动机药柱损伤机理研究

为研究某舰载固体火箭发动机在巡航状态下药柱的损伤情况,评估其在摇摆载荷作用下的力学结构响应和安全裕度。首先,开展了所用HTPB推进剂的循环载荷拉伸试验,拟合出载荷-寿命(S-N)曲线;之后,建立了全尺寸固体火箭发动机模型,通过有限元分析方法计算得到发动机药柱的应力和应变,得到其最大Mises应力为0.03 MPa,最大主应变为1.746%;最后,结合S-N曲线得到舰艇巡航一定时间后药柱能承受的循环载荷上限值,评估不同巡航时间下发动机药柱的安全系数。结果表明,固体火箭发动机随舰艇巡航一段时间后,药柱危险点位于前人工脱粘层凸环界面,不会直接使发动机药柱受到破坏,但会影响发动机的安全裕度。

固体推进剂装药低温应力等效加速试验方法研究

为评估持久应变载荷下固体推进剂装药在贮存过程中的结构完整性,采用定应变断裂和热力耦合加速老化相结合的试验方法,获得了宽应变区域内固体推进剂松弛破坏时间模型,联合装药在长期贮存/低温应力加速状态下危险部位的最大持久应变,计算出装药的低温应力加速系数和等效加速试验时间,确定了其在长期贮存和低温应力加速状态的等效关系,在此基础上建立了固体推进剂装药低温应力等效加速试验方法。采用此方法,开展了NEPE推进剂■200 mm圆管发动机装药的低温应力等效加速试验,试验温度为-48℃,试验时间分别为365 d和517 d,试验后装药均保持结构完整。结果表明,仅考虑机械应力情况下装药贮存12 a和17 a后结构完整,已应用于某型号固体推进剂发动机装药寿命评估、定寿和延寿。

基于分段曲线拟合的HTPB固体推进剂损伤数值模拟

通过对HTPB固体推进剂单轴试验所得的结果进行分段曲线拟合,并对损伤变量进行分段定义,将其引入到HTPB固体推进剂材料的刚度矩阵中,采用Abaqus/Standard中的用户子程序UMAT接口进行编程计算,对材料的损伤特性进行有限元模拟.模拟结果接近于实际结果,可以应用于固体发动机的工程设计中.

丁羟基固体推进剂的破坏包络及其演化行为研究

分析了宽温域(-70℃~70℃)、泛加载速率(2~200 mm/min)条件下丁羟基固体推进剂的拉伸特性,获得了温度、应变率依赖的推进剂破坏包络;进一步采用循环载荷模拟空基反复巡航加载历史,研究了推进剂在服役环境中的破坏包络演化。结果表明:丁羟基固体推进剂的破坏包络满足平移原理,随着加载速率增大,破坏包络面向高温区平移,导致低温可靠性显著降低;经历循环载荷后,破坏包络整体向小断裂延伸率方向下移,导致可靠发射区域显著减小。研究结论将为复杂条件下的发动机设计及其贮存期可靠性分析提供支撑。

人工脱粘结构界面脱粘原位高频振动监检测方法

针对固体发动机人工脱粘结构的界面脱粘原位监检测问题,以人工脱粘结构的绝热层/药柱界面模型试件为研究对象,基于结构表面黏贴布置的压电晶片高频局部振动方法,进行了绝热层/药柱界面脱粘实验研究,得出了不同损伤工况下的高频局部振动响应曲线,并利用均方根偏差值对不同工况下的界面脱粘损伤进行了定量分析,发现量化指标随着脱粘区域面积的增大而增大。此外,研究了温度对高频局部振动方法的影响,并结合温度补偿算法进行了温变工况下的界面脱粘损伤监检测实验。结果表明,该高频局部振动方法可有效识别人工脱粘结构的界面脱粘损伤状态,为固体发动机人工脱粘结构界面状态的原位监检测工程实际应用提供了一种新的思路和技术支撑。

NEPE固体推进剂含损伤的黏弹性本构研究

作为一种新型高能固体推进剂,NEPE推进剂在固体火箭发动机中得到了越来越多的应用。本文首先对NEPE固体推进剂进行了松弛试验和单轴等速拉伸试验,在试验结果的基础上,对积分型本构进行了修正,增加了率的影响函数。考虑到颗粒大小的分布,借用Weibull分布函数形式构建了受损面积比与伸长比、应变率的变化关系,建立了一个损伤函数,较好地描述了推进剂拉伸过程中的损伤。综合修正积分本构与损伤函数,给出了NEPE固体推进剂含损伤的黏弹性本构,并用多个速率的拉伸试验曲线进行了验证,结果显示试验值与理论值吻合较好。

HTPB推进剂蠕变本构方程研究

固体火箭发动机立式贮存时,药柱在长期的自重载荷作用下,产生蠕变变形,结构上表现为药柱向尾部下沉,从而影响发动机结构完整性甚至内弹道性能。利用某HTPB推进剂试件在0.4、0.5、0.6、0.7 MPa应力水平条件下的蠕变试验数据,针对幂律模型、指数模型、有理式模型等12种蠕变模型开展研究,确定了适用于该配方HTPB推进剂的蠕变本构方程。结果表明,HTPB推进剂的蠕变过程符合蠕变一般规律;幂律类蠕变本构方程、复合时间硬化蠕变本构方程和广义时间硬化蠕变本构方程均可整体描述HTPB推进剂的蠕变过程,其中复合时间硬化蠕变本构方程的拟合结果与试验数据间误差最小;幂律类蠕变本构方程的拟合曲线与试验曲线在各应力水平都具有较好的一致性,且形式简单、处理方便,可在初步分析或特定应力水平下使用。

借区位优势 促商贸建设

郑州市管城回族区位于郑州市的东南部,是古代商城遗址的所在地,自古以来是商贾云集的地方,总面积203.2平方公里,常住人口30万。辖区内有铁路货运东站,公路运输港,有长途汽车东站、南站、汽车总站。以及数家国有大中型仓储企业,还有每年召开全国性商品交易中心会场——中原国际博览中心。辖区交通便利、四通八达,北临开洛高速公路,107国道。

机载发动机药柱在温度循环载荷下的力学响应分析

针对机载导弹固体火箭发动机在地面常温贮存和高空低温下挂飞的实际情况,利用ABAQUS有限元软件计算分析了HTPB推进剂药柱在飞机多次起降过程中形成的温度循环载荷下受到的热应变分布,研究了循环次数和挂飞时间对药柱温度场和应变场分布的影响规律,重点分析了药柱内几个特征点的温度和应变随循环次数、挂飞时长的变化,基于以上分析对药柱结构完整性进行了失效评估。结果表明,在挂飞阶段结束时刻,最低温度位于燃烧室外表面,最大应变始终位于药柱内孔;在一定循环次数内,药柱所受热应变随次数的增加有所增大,而挂飞时长的增加会使药柱受到的热应变明显增大,对装药结构影响更加显著。仿真结果对后期进行推进剂试验研究和发动机挂飞工况下的安全设计都具有实际参考意义。

翻转条件下固体火箭发动机药柱-衬层界面力学响应

为了研究翻转条件下固体火箭发动机燃烧室药柱-衬层界面力学响应、探究现有的固体火箭发动机翻转方式合理性,采用试验与数值模拟相结合的方法,对药柱-衬层界面在不同翻转时间内应力应变及位移变化进行分析。研究结果表明:翻转可以一定程度上消除固化降温产生的残余应力;匀角速度翻转产生的应力相较其余翻转方式更为平缓。在翻转过程中,发动机两端人工脱粘层底部界面是其可靠性分析重点关注的对象。其界面危险点位于上部前人工脱粘层底部边缘和其相对应翼槽底部边缘之间的区域;翻转条件下界面的最大Mises应力为0.0455MPa,设计的翻转方式能够满足界面安全裕度需求。

固体火箭发动机壳体固化过程温度场影响因素分析

考虑固化反应热的影响和固化过程中复合材料物性参数的发展变化,以某Φ1400 mm固体火箭发动机壳体模型为基础,对复合材料固化过程中温度场进行了热化学耦合有限元分析,并与实验测量结果进行了对比;为了优化固化工艺,提高壳体制造水平,针对固化制度中的最高温度保温时间、固化温度偏差、对流传热系数等影响壳体固化过程温度场的因素进行了分析。结果表明,所建立的热化学耦合数值模型的计算结果与试验测量数据绝对误差率在6%以内,验证了该数值模型的可靠性;固化工艺偏差和对流传热系数波动都会对绝热层内壁温度产生非常大的影响;为保障绝热层的完全硫化,应适当延长固化制度的最高温度保温时间,使工艺安全系数提高到2倍左右。