复合固体推进剂药浆浇铸工艺仿真及优化

为了研究HTPB复合固体推进剂药浆浇铸的最佳工艺参数,采用实验与理论模拟相结合的方法,基于HTPB复合固体推进剂药浆流变性能建立了推进剂药浆流动过程的本构模型;利用有限元软件对HTPB复合推进剂药浆浇铸工艺进行仿真,通过实验验证了仿真结果的可靠性;并对该推进剂药浆浇铸工艺进行了优化,获得了最佳浇铸工艺参数。结果表明,HTPB推进剂是典型的假塑性流体,其黏度随剪切速率增大而降低;实验与仿真对比后的气孔率及浇铸时间误差分别为12.5%和11.25%;其中,温度对浇铸时间的影响最明显,真空度对气孔率影响最明显。

复合固体推进剂细观力学性能模拟研究进展

阐述了近年来国内外复合固体推进剂细观力学性能模拟的研究进展,分别从复合固体推进剂细观模型建立和数值模拟分析2个角度分别研究复合固体推进剂的宏观力学性能。介绍了复合固体推进剂细观模型建立的几种方法以及先进的数值模拟技术,综述了机器学习在复合推进剂细观力学性能研究中的应用,并结合当前研究动态和相关技术的进展,对该领域的未来进行展望。分析认为,在细观模型建立方面,分子动力学实现三维RVE计算模型是难点,重点关注含内部损伤的细观本构模型,克服推进剂小变形的不足;在细观尺度数值模拟计算方面,建议在充分包含的细观组成和计算资源成本之间取得平衡,进一步发展能够兼顾计算效率和准确度的复合固体推进剂细观尺度的模拟计算方法。

复合固体推进剂损伤行为的多尺度研究进展

从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向:拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。

HTPB复合固体推进剂老化研究进展

综述了HTPB推进剂在老化试验和表征方法、老化机理、模型构建和寿命预测方面的国内外研究现状,通过对国内外的HTPB推进剂研究历程进行对比,分析了与国外研究整体趋势的差异。从检索文献来看,与国外研究进展相比,国内研究整体上具有起步晚、发展快的特点。在此基础上,展望了今后的研究方向,包括多因素耦合的老化机理探究、老化快速评价、先进监测手段、寿命预测模型优化以及防老化等方面,以期为HTPB推进剂的老化研究提供更多参考。

复合固体润滑剂与仿生织构对高镍钛合金影响的研究综述

高镍钛基合金(TiNi)具有低密度、高强度、耐腐蚀及耐高温等优点,广泛应用于航天、航空与机械工程等领域。但由于TiNi存在摩擦系数偏大、耐磨性能较差等缺点,因而改善TiNi摩擦学性能、延长TiNi零部件的使用寿命迫在眉睫。综述了以TiNi为研究对象探索固体润滑剂和仿生表面织构对TiNi摩擦学性能影响的研究成果,分析了摩擦表面形成润滑膜的过程和磨损机理。由于表面织构储存大量的固体润滑剂,降低了对摩球与基体表面的接触面积,有利于提升基体的减摩抗磨性能。在循环应力和摩擦热的共同作用下,固体润滑剂的塑性性能提升并挤出仿生织构,随着対磨球向摩擦表面迁移并进行铺展,促进了润滑膜的形成,有助于减摩抗磨性能的提升。

拉伸加载下老化复合固体推进剂的损伤演化定量分析

目的定量分析老化对拉伸加载下复合固体推进剂细观损伤演化的影响规律。方法开展不同老化时间(0、32、74、98d)下三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂的热加速老化试验,以及老化后推进剂的微型哑铃形试验件在不同拉伸应变水平(0、5%、10%、20%、40%、50%)下的微CT扫描观测试验,并对扫描重构图像进行定量分析,获得老化对推进剂细观损伤演化的影响规律。结果随拉伸应变增加,老化前后推进剂微CT图像的灰度均方差、平均孔隙率和图像的分形维数均呈非线性增加趋势,图像的灰度均值呈非线性减小趋势。在较低应变水平(<10%)下,上述参数受老化时间的影响不显著,但随拉伸应变增加(≥10%)和老化时间增长,灰度均方差、平均孔隙率、孔隙率增量和分形维数的数值整体增高,而灰度均值随老化时间的增长而降低,且不同老化时间下,分形维数与平均孔隙率之间存在正线性关系。结论重构得到微CT图像的灰度均值、平均孔隙率和分形维数可作为表征参数,用于定量分析老化复合固体推进剂在拉伸载荷下的细观损伤和损伤的动态演化规律,推进剂的初始损伤和小应变下的损伤程度受老化的影响较弱,而老化时间对推进剂细观损伤的影响在较高应变水平下更加显著。

负压强指数复合固体推进剂的研究进展

概述了负压强指数推进剂的优点及国内外研究情况,指出负压强指数推进剂并不是在全压强段都具有负的压强指数,而是仅在某一个压强区间产生负压强指数。归纳了负压强指数推进剂的配方体系,聚氨酯体系推进剂和聚丁二烯体系推进剂在适当的添加剂的作用下均可产生负压强指数,产生负压强指数的决定性因素,不仅取决于黏合剂种类,也取决于黏合剂+添加剂的组合。基于易熔黏合剂的复合固体推进剂出现平台燃烧及负压强指数现象的机理是,高氯酸铵在不同覆盖情况下有被催化的凝相反应和反向汽化的推进剂的非常规燃烧。总结了负压强指数性能的调节途径,提出了开展聚氨酯体系推进剂负压强指数性能拓展研究、高能推进剂及丁羟推进剂体系负压强指数化研究,以及负压强指数机理研究的建议。

酸碱滴定法测定复合固体推进剂燃烧产物中氯化氢

设计了一套固体推进剂燃烧产物收集装置,建立了酸碱滴定法测定燃烧产物中氯化氢含量方法。在密闭燃烧产物收集装置中,采用Φ36 mm实验发动机试车,加入1 L 1 mol/L氢氧化钠溶液吸收燃烧产物,并用氢氧化钠溶液将气体收集罐内部清洗干净,合并吸收液并准确称取质量。吸收液静置17 h后准确称取上清液约20 g进行测试。以甲基橙为指示剂,控制滴定终点pH在3.4左右,使Al^(3+)和CO_(2)以进入体系的初始状态存在于终点体系中,消除Al^(3+)和CO_(2)的影响,用0.1 mol/L盐酸标准滴定溶液滴定吸收液中剩余的氢氧化钠,得到推进剂燃烧产物中氯化氢含量。该法测定结果的相对标准偏差小于2%(n=6),测定结果与理论计算值的相对偏差在0~-1.5%之间,燃烧产物收集装置设计合理。

基于细观结构的复合固体推进剂含损伤黏弹性本构模型

复合固体推进剂的宏观力学性能与其细观组分及损伤密切相关,基于复合固体推进剂变形过程中细观结构的演化,开发复合固体推进剂含孔洞损伤的宏细观本构模型。该模型考虑了推进剂温度和应变率的相关性,并能够描述推进剂拉伸和压缩状态下不同的力学响应。通过不同温度和不同应变率下的拉伸和压缩试验,验证本构模型的有效性。基于有限元分析软件提供的用户材料子程序接口UMAT,对非线性黏弹性本构模型进行二次开发,并应用于低温点火工况下药柱结构完整性分析,结果表明药柱在低温点火条件下安全系数为2.56,结构完整性满足要求。与基于Prony级数的线性黏弹性本构模型进行对比分析,表明新建立的本构模型能够更准确地进行复合固体推进剂药柱的结构分析。

复合固体推进剂细观损伤演化研究进展

概述了复合固体推进剂的细观损伤演化行为,从细观损伤演化表征方法、细观损伤演化有限元数值模拟和含损伤的黏弹性本构模型3方面综述了复合固体推进剂细观损伤演化的研究进展,指出了当前研究中存在的不足和未来的研究方向。分析指出,在微细观表征方面,实现动态复杂加载条件下的细观损伤表征分析是难点,应开发新的微细观表征方法,完善动态多尺度观测手段,解决损伤定量化表征问题;在数值模拟方面,二维RVE模型和仅适用于单一加载条件的界面模型无法反映真实细观损伤演化,应建立能反映细观结构状态的三维RVE模型和考虑温度、应变率效应的界面模型,以此开展数值模拟得到准确的推进剂细观损伤演化过程;在含损伤本构模型方面,大多数基于唯象学的本构模型难以体现细观结构变化对力学响应的影响,应从细观尺度出发建立反映整个损伤起始-演化-破坏的宏细观本构模型,预测推进剂宏细观力学响应。附参考文献73篇。

果蔬复合固体饮料的制备及其对小鼠肝性骨病的预防作用

为开发一种感官营养俱佳的保健食品,该研究以欧李、猕猴桃、胡萝卜、葡萄、柑橘5种果蔬为原料,用喷雾干燥法制备复合固体饮料(以下简称“五果粉”),后以五果粉饲喂雌性C57小鼠,测定血清指标,分析骨微结构,探究其对高脂饮食诱导的小鼠肝性骨病的预防作用,为五果粉的制作和营养保健功能提供依据。结果表明:5种果蔬的配方比例为40%欧李、20%猕猴桃、20%胡萝卜、10%柑橘、10%葡萄。添加可溶性固形物总量的40%的复合助干剂(麦芽糊精∶分离乳清蛋白=30∶10)与3%的稳定剂羧甲基纤维素钠,喷雾干燥条件:进风温度126℃、进料速度6.3 mL/min、转子流量计高度44.00 mm、可溶性固形物含量11.00%,在该条件下生产的五果粉集粉率60.86%。血清试验结果表明,给药组小鼠血清中骨钙素和抗酒石酸酸性磷酸酶5b的水平显著低于模型组(P<0.05);超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶水平显著高于模型组(P<0.05),丙二醛水平显著低于模型组(P<0.05);谷丙转氨酶、谷草转氨酶水平显著低于模型组(P<0.05),且与空白组相比无显著差异(P>0.05);总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇水平显著低于模型组(P<0.05),高密度脂蛋白胆固醇水平显著高于模型组(P<0.05),且与空白组无显著差异(P>0.05)。Micro-CT结果分析表明,与模型组相比,给药组的股骨骨密度、骨体积分数、骨表面积密度、骨小梁数量、骨小梁连接密度显著升高(P<0.05),骨表面积骨体积比、骨小梁分离度显著降低(P<0.05)。以欧李、猕猴桃、胡萝卜、柑橘、葡萄为原料,添加麦芽糊精、分离乳清蛋白组成的复合助干剂和稳定剂羧甲基纤维素钠,用喷雾干燥法可制得五果粉,该产品可改善高脂饮食诱导的肝性骨病小鼠的血液生化指标和骨微结构,对肝损伤和骨质疏松症有较好的预防作用。

金属锂电池用复合固体电解质的研究进展

固体电解质一般分为聚合物、无机陶瓷及由两者组成的复合体系。聚合物/无机陶瓷复合固体电解质综合了聚合物电解质高柔韧性带来的界面稳定性和无机陶瓷电解质室温离子电导率高的优点,广泛应用于金属锂电池。综述以聚合物为主体的聚环氧乙烷(PEO)和聚丙烯腈(PAN)复合电解质,及以无机陶瓷材料为主体的石榴石型、NASICON型和钙钛矿型复合电解质的研究现状及Li+传输机理;展望电解质今后将朝着高离子电导率、低界面阻抗的方向发展。

聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂能量性能研究

为了克服传统复合固体推进剂羟基/异氰酸酯类固化体系存在的“惧水”、毒性高及固化成型时间长等缺点,选用聚乙烯醇(PVA)水凝胶替代羟基/异氰酸酯类固化体系制备新型的水凝胶复合固体推进剂,并根据最小自由能原理计算分析了水、固体填料和Al粉的含量以及含能添加剂、新型氧化剂对PVA水凝胶复合固体推进剂能量性能的影响。结果表明,当配方组成为24%H 2O,6%PVA,38%Al粉和32%AP时,聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂的能量性能最佳,比冲为2371 N·s/kg。含能添加剂FOX-12的加入可显著提高推进剂比冲性能,而且对推进剂燃温影响较小,这有利于发动机的设计。当二硝酰胺铵(ADN)逐步取代AP时,推进剂的比冲呈线性上升,当ADN完全取代AP时,推进剂的标准理论比冲达到了2526.9 N·s/kg,比冲增加量为155.9 N·s/kg。

稀土复合固体超强酸SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-MoO_(3)-Yb_(2)O_(3)催化合成乙酸异龙脑酯的研究

通过沉淀-浸渍方法制备稀土复合固体超强酸SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-MO_(3)-Yb_(2)O_(3),加入稀土元素Yb以改良固体超强酸的性能,通过Hammett酸指示剂法检测固体酸的酸强度。以莰烯和乙酸为原料,由自制的固体超强酸催化合成乙酸异龙脑酯。通过CG-MS对酯含量进行测定,研究了催化剂用量、MoO_(3)/ZrO_(2)、焙烧温度、反应时间和反应温度等对酯化率的影响。结果表明:经600℃焙烧的MoO_(3)/ZrO_(2)为8%的催化剂,在其用量占总反应物的质量分数为3%,反应温度80℃,反应时间6 h的条件下,酯化率可达到76%。

复合固体推进剂强度、损伤与断裂失效研究进展

从强度、损伤、断裂和跨尺度分析4个方面综述了复合固体推进剂失效的研究进展及发展方向,指出现有的强度特性研究载荷相对简单且参数确定方法不统一,多因素耦合影响下的强度失效准则研究不足;缺乏复杂应力动态加载下的细观结构全场实时分析手段,损伤失效判据不够精准;复合固体推进剂断裂力学行为研究的实验标准尚未建立,对动态加载下复合型裂纹尖端损伤形貌的分析表征不够充分,传统的断裂判据的适用性有待进一步验证;固体火箭发动机药柱结构失效破坏的跨尺度研究尚处于初步探索阶段,损伤跨尺度非线性演化机理、冲击载荷下的跨尺度突变机理以及损伤演化的随机性成为跨尺度研究的重点。最后对复合固体推进剂失效破坏的研究方向与发展趋势进行了展望,认为完善实验标准与动态多尺度观测技术、构建固体推进剂损伤失效全过程演化模型、建立考虑黏弹特性和内部损伤的复合型裂纹断裂判据、依据细观破坏机制建立考虑损伤-断裂-强度耦合作用的失效破坏模型是下一步研究的方向。附参考文献188篇。

复合固体推进剂“脱湿”点的率相关特性研究

复合固体推进剂颗粒和基体之间的界面“脱湿”是推进剂在加载过程中一种重要的损伤形式,“脱湿”点的强度和伸长率均与载荷相关。本文通过某推进剂在低温、不同围压和应变率下加载时的应力-应变响应曲线特征,发现推进剂的“脱湿”点表现出明显的率相关和围压相关性,围压载荷会抑制推进剂的“脱湿”,尤其是对于高应变率下具有“脱湿”点峰值的应力-应变曲线影响最大。针对推进剂“脱湿”点的率相关特征,借助分子动力学思想创建复合推进剂的细观颗粒夹杂几何模型,建立推进剂有限元计算细观模型对推进剂界面在不同应变率下的“脱湿”损伤进行了仿真计算。计算结果揭示了推进剂在不同应变率下加载时的“脱湿”损伤机理,通过应变率对“脱湿”点的影响规律阐释了推进剂在低温、高应变率下伸长率骤降的主要原因,发现推进剂的破坏取决于损伤界面数量和界面损伤程度在损伤演化过程中的交互作用,是一个动态发展的过程。

红枣枸杞生姜复合固体饮料的加工工艺研究

目的:以红枣、枸杞、生姜为原料,采用真空干燥法制备红枣枸杞生姜复合固体饮料。方法:以感官评分为指标,运用单因素试验和正交试验确定复合固体饮料的最佳配方;以综合评分为指标,运用正交试验确定真空干燥的最佳工艺。结果:复合固体饮料的最佳配方为红枣汁枸杞汁质量比1.5,生姜汁添加量6%,柠檬酸添加量0.04%,蔗糖添加量6%,麦芽糊精添加量4%。真空干燥的最佳工艺条件为干燥温度60℃,真空度80 Pa,干燥时间1.0 h。稳定剂瓜尔豆胶的添加量为0.05 g时,饮料沉淀率为1.0%,不出现明显分层现象。结论:产品质量检测结果表明固体饮料的感官指标、理化指标、微生物指标均符合《食品安全国家标准饮料》(GB 7101—2022),本研究可为复合固体饮料的加工提供参考。

HTPB复合固体推进剂含损伤和老化本构研究

通过热氧老化实验、声发射损伤检测实验和蠕变柔量测试实验确定HTPB复合固体推进剂非线性本构 关系,并与Schapery非线性本构方程进行比较。结果表明,含损伤老化模型较好地解释了HTPB复合固体推进剂的 非线性特性,可以应用分析HTPB复合固体推进剂的力学特性。

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。

镁基储氢材料对AP/Al/HTPB复合固体推进剂性能的影响

用差示扫描量热仪(DSC)研究了镁基储氢材料(Mg2NiH4,Mg2Cu-H和MgH2)对高氯酸铵(AP)及AP/Al/HTPB复合固体推进剂热分解性能的影响。结果表明,含量5%的镁基储氢材料对AP热分解过程具有明显的催化促进作用。含量1.3%的镁基储氢材料可以降低AP/Al/HTPB复合固体推进剂热分解过程的热分解温度,使分解热明显增加,表现出显著的增强促进作用。燃速测定结果表明,在8MPa下,含量1.3%的Mg2NiH4,Mg2Cu-H和MgH2可以分别使AP/Al/HTPB复合固体推进剂的燃速提高3.5%、14.4%和13.9%。镁基储氢材料对AP和AP/Al/HTPB复合固体推进剂热分解的作用效果与其含氢量有关,MgH2的含氢量大,作用效果好。镁基储氢材料主要通过催化AP/Al/HTPB复合固体推进剂中AP的热分解,表现出对AP/Al/HTPB复合固体推进剂热分解具有较好的催化效果。