测试压强对固体推进剂单向拉伸力学性能影响机理研究
战术武器通常具有外型体积小、装药量少、飞行加速度高、适用温度范围宽（-65°C～50°C）的特点,战术固体发动机在点火后往往处于高过载、高压强、高内应力、极限温度等极端环境条件下,固体推进剂及其界面处于高速拉伸状态,力学性能的变化导致战术导弹飞行失败,因此研究固体推进剂在极限温度、高压强与高速拉伸状态下的力学响应并剖析其发生发展的内在机制,形成环境压强对推进剂力学性能影响机理将尤为重要。本文以丁羟三组元、丁羟四组元和NEPE推进剂三种配方体系为研究对象,深入研究了不同配方体系推进剂在温度载荷、拉伸载荷与围压载荷下的力学响应与损伤破坏机制,基于力学性能参数构建了最大抗拉强度主曲线,并采用有限元的方法开展了常温下围压对拉伸过程中“脱湿”损伤产生与演化影响的研究,主要研究内容如下:获得了三种配方体系推进剂在宽温围压高速拉伸下的应力-应变响应特征与规律,基于力学性能参数对时温等效叠加原理（TTSP）与时压等效叠加原理（TPSP）的适用性进行研究,并构建了丁羟四组元推进剂的最大抗拉强度主曲线。采用宽温围压气体试验系统获取三种配方体系推进剂在不同测试工况下的工程应力—应变曲线与力学性能参数,结果表明外加围压会使推进剂应力—应变曲线屈服段延长,对推进剂内部“脱湿”损伤的产生与演化有明显抑制作用,并且其影响能力在不同温度、拉伸速率与不同配方体系下有明显差异。基于TTSP与TPSP叠加原理构建的丁羟四组元推进剂的抗拉强度主曲线,能够对较宽载荷范围内推进剂的最大抗拉强度进行预测。结合扫描电子显微镜（SEM）与微米CT对典型工况下推进剂拉伸断口的表面与内部细观形貌进行表征,揭示了不同配方体系推进剂在围压下的损伤和破坏失效机制。在常温和高温条件下推进剂内部的损伤以“脱湿”为主,外加围压对推进剂内部的“脱湿”程度有明显抑制作用;在低温条件下推进剂内部的损伤形式复杂多样,为基体损伤、颗粒损伤与界面损伤相互耦合交叉,围压或拉伸速率的增大会使填料颗粒的破碎程度加剧,但仅从拉伸断面的损伤情况无法完全揭示推进剂的宏观力学性能响应规律。基于PRP内聚力模型建立了丁羟四组元推进剂的二维细观有限元模型,研究了拉伸过程中围压对推进剂内部“脱湿”损伤产生与演化的影响。根据丁羟四组元的配方组成建立了能够有效反映推进剂细观结构的RVE模型,采用参数反演的方法获取粘合剂基体与填料颗粒的界面参数,有限元计算结果可以一定范围内对推进剂宏观力学性能进行预示。
- 作者：
- 李春涛
- 学位授予单位：
- 航天动力技术研究院
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 庞爱民
- 中图分类号：
- V512
- 关键词：
- 复合固体推进剂；宽温—围压；影响规律；损伤机制；细观预示方法
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