率相关HTPB推进剂/衬层界面Ⅱ型内聚力模型

采用实验与反演相结合的方法构建了端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂/衬层界面的率相关的内聚力模型.采用改进的单搭接试件完成了HTPB推进剂/衬层界面的断裂实验研究,采用内聚力单元方法对单搭接试件进行了数值研究,结合基于Hook-Jeeves优化算法的反演识别程序,获取了不同加载率下的界面断裂参数.由于界面断裂参数具有明显的率相关性,通过构建率相关的损伤函数,构建了基于双线性内聚力模型的率相关HTPB推进剂/衬层界面Ⅱ型内聚力模型.模型预测结果和实验结果的对比相关系数大于99%,说明本文所建立的率相关内聚力模型具有较高的准确性,能够准确描述加载率为5~200mm/min时推进剂/衬层界面的断裂性质.

脆性聚甲基丙烯酸甲酯板动态裂纹传播有限元模拟

开发了包含内聚力单元模型的用户材料子程序,嵌入商用有限元软件ABAQUS,采用显式求解模块模拟预加载的脆性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板中动态裂纹传播行为。在模拟过程中采用了刚性线性衰减的内聚力准则,分别考虑了率无关和率相关两种情况。模拟结果表明:在相同的预加载荷下,采用率无关内聚力模型计算的裂纹传播速度在绝大部分情况下大于实验测试值,只在高速时二者基本一致;采用率相关内聚力模型,所得到的模拟结果与实验结果基本吻合,这说明率相关内聚力模型可以反映快速裂纹传播时的裂纹尖端复杂率过程。

材料断裂内聚力区牵引-分离曲线的测量方法研究

内聚力模型是模拟复合材料界面分层、脱粘等力学行为的有效工具。本文分别提出了改进的直接测量法和交互M积分反解法来测量材料的内聚力区牵引-分离关系曲线。在紧凑拉伸断裂力学实验的有限元数值模型中,分别应用两种方法测取了内聚力模型的牵引-分离曲线。通过与有限元数值解和交互J积分反解法的比较,验证了方法的准确性。本文以20%和49%纤维体积含量的随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料（云杉/PP）为例,分别应用改进的直接测量法、交互M积分反解法和交互J积分反解法得到了该材料内聚力区的牵引-分离曲线。三种方法结果的对比验证表明：三种方法得到的牵引-分离曲线变化趋势一致,曲线所反映的材料内聚力区强度、初始损伤和完全破坏分离量大小以及断裂的能量释放率等主要内聚力参数能够吻合,它们的测取结果都能够完整地描述内聚力区材料的力学行为。

推进剂/包覆层界面脱粘率相关特性研究

固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂/三元乙丙(EPDM)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况,采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究,获取了脱粘界面扩展过程中的加载点载荷-位移曲线。同时,构建了界面率相关内聚力模型(CZM),并采用Hooke_Jeeves优化算法反演识别出相关模型参数。通过对比多阶段加载实验及仿真结果曲线验证了模型的可靠性,结果表明,二者变化趋势基本一致,最大误差小于15%,所得结论对固体火箭发动机装药界面脱粘研究具有一定参考价值。

冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究

为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM),标定了模型参数;最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击试验,讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性,并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明:①煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系,当应变率为98.05 s^(-1)、119.22 s^(-1)和135.85 s^(-1)时其动态强度因子(dynamic strength factor,DIF)分别为1.92、2.08和2.23;②冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短,塑性变形能力较强,动态弹性模量的应变率相关性不显著;③FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏,当网格尺寸合理时,由于惯性效应的存在,通过准静态试验标定的模型参数,也适用于冲击破坏的模拟;(4)冲击作用下煤岩的破碎程度与冲击速度正相关,其破坏形式表现为压缩波引起的局部剪切破坏和泊松效应导致的整体张拉破坏。