固体火箭发动机药柱低温损伤研究进展
发布时间：2021-12-22 23:57
从细观损伤、宏观损伤、损伤模型三方面,对固体火箭发动机药柱低温损伤的研究进展进行了综述,并对下一步的研究方向和重点提出建议。目前,用于宏细观损伤分析的固体推进剂本构模型考虑了温度和应变率的影响,但在引入围压条件后,推进剂的力学性能发生显著变化,其抗拉强度、断裂强度和初始模量有显著提升,而最大伸长率则显著降低,考虑围压因素的本构模型研究未来将成为重点;固体火箭发动机低温点火升压的多载荷条件下损伤产生和演化过程已有很多的研究,但对"脱湿"损伤、基体损伤和颗粒断裂损伤发生的时机和机理尚为形成统一理论;损伤模型大多是基于试验结果的唯象模型,未来可借助新的试验设备设计新的试验方法,对细观尺度的损伤进行研究,从而建立基于细观结构的损伤模型。
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
推进剂试件断面显微图片
图1 推进剂试件断面显微图片国内外学者通过在颗粒与基体界面处引入内聚力模型来表征粘接界面单元[6-9]，内聚力模型假设材料是由基本单元通过虚拟的粘结面粘接而成，材料的物理断裂和损伤只存在于虚构的粘结面上，位于粘结面外的材料单元不会发生损伤和断裂，虚构的粘结面由上下两个初始位置重叠的表面组成，常见的内聚力模型有双线性内聚力模型和指数型内聚力模型等，双线性模型即达到最大应力前的未损伤段和开始损伤后的软化段进程都是线性的，而指数型内聚力模型的损伤以指数函数的规律演化。
赖建伟等[14]在不同温度下对HTPB推进剂进行单轴拉伸试验，并通过扫描电镜对拉伸破坏时形成的断裂面进行观察，发现-10℃时断面主要表现为颗粒裸露，即发生"脱湿"损伤;-50℃时主要表现为颗粒脆断和基体断裂。认为低温条件下基体和颗粒发生脆变，且温度越低脆性越大，容易发生脆断。王哲君等[15]在赖建伟的研究基础上，在-40℃低温条件下分别进行了低应变率和高应变率的单轴拉伸试验，发现在低应变率下与赖建伟结论相同;而在高应变率下不同，应力-应变曲线出现了“双峰”的平台区(图3)，且随着温度的降低和应变率的增高，“双峰”的特征更加明显。在低温和高应变率进行双因素方差分析之后认为，低温高应变率条件下，温度是影响推进剂损伤的主要原因，而应变率则主要表现影响的强弱。为进一步研究“双峰”出现的机理，职世君等[16]在前者的研究基础上建立了细观模型，对低温不同应变率条件下推进剂细观损伤进行了仿真，发现高应变率条件下发生损伤的界面数量多于低应变率条件下，应变率越大，发生损伤的界面数量越多，但损伤程度越小，达到某一临界值时，可能会使推进剂刚度突然下降，从而形成“双峰”中的第一个峰，应变率越高，第一个峰对应的应变越大。随着应变增大损伤扩展，同时伴随着基体的损伤发生，最终导致药柱断裂，形成第二个峰。认为高应变率可推迟脱湿损伤的扩展演化，当应变率足够高时，药柱会直接断裂，不会出现第二个峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体推进剂宽温-气体围压试验系统设计与试验[J]. 申志彬,张亮,职世君. 固体火箭技术. 2019(03)
[2]HTPB推进剂温度及率效应的累积损伤模型研究[J]. 李尧,许进升,周长省,冯自瑞. 固体火箭技术. 2019(03)
[3]基于全域CZM的复合推进剂细观损伤与断裂研究[J]. 赵玖玲. 固体火箭技术. 2019(03)
[4]NEPE固体推进剂含损伤的黏弹性本构研究[J]. 徐强,胡勤伟,沙宝林,方钦志. 应用力学学报. 2019(03)
[5]低温点火条件下药柱结构完整性分析与试验[J]. 王佳奇,贺绍飞,申志彬,谷振丰. 固体火箭技术. 2019(03)
[6]低温高应变速率下复合固体推进剂损伤机理分析[J]. 职世君,沈欣,曹军伟. 固体火箭技术. 2018(05)
[7]低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析[J]. 宋仕雄,史宏斌,刘中兵,沙宝林. 固体火箭技术. 2018(03)
[8]固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究[J]. 张怀龙,菅晓霞,周伟良,肖乐勤. 兵工学报. 2018(04)
[9]基体特性对HTPB推进剂力学性能的影响[J]. 韩龙,许进升,周长省. 航空动力学报. 2017(10)
[10]固体推进剂低温细观损伤仿真研究[J]. 周红梅,袁军,赖建伟,袁嵩. 固体火箭技术. 2017(06)
博士论文
[1]复合固体推进剂粘弹损伤本构模型的细观力学研究[D]. 彭威.国防科学技术大学 2001
本文编号：3547359
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(06)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
推进剂试件断面显微图片
图1 推进剂试件断面显微图片国内外学者通过在颗粒与基体界面处引入内聚力模型来表征粘接界面单元[6-9]，内聚力模型假设材料是由基本单元通过虚拟的粘结面粘接而成，材料的物理断裂和损伤只存在于虚构的粘结面上，位于粘结面外的材料单元不会发生损伤和断裂，虚构的粘结面由上下两个初始位置重叠的表面组成，常见的内聚力模型有双线性内聚力模型和指数型内聚力模型等，双线性模型即达到最大应力前的未损伤段和开始损伤后的软化段进程都是线性的，而指数型内聚力模型的损伤以指数函数的规律演化。
赖建伟等[14]在不同温度下对HTPB推进剂进行单轴拉伸试验，并通过扫描电镜对拉伸破坏时形成的断裂面进行观察，发现-10℃时断面主要表现为颗粒裸露，即发生"脱湿"损伤;-50℃时主要表现为颗粒脆断和基体断裂。认为低温条件下基体和颗粒发生脆变，且温度越低脆性越大，容易发生脆断。王哲君等[15]在赖建伟的研究基础上，在-40℃低温条件下分别进行了低应变率和高应变率的单轴拉伸试验，发现在低应变率下与赖建伟结论相同;而在高应变率下不同，应力-应变曲线出现了“双峰”的平台区(图3)，且随着温度的降低和应变率的增高，“双峰”的特征更加明显。在低温和高应变率进行双因素方差分析之后认为，低温高应变率条件下，温度是影响推进剂损伤的主要原因，而应变率则主要表现影响的强弱。为进一步研究“双峰”出现的机理，职世君等[16]在前者的研究基础上建立了细观模型，对低温不同应变率条件下推进剂细观损伤进行了仿真，发现高应变率条件下发生损伤的界面数量多于低应变率条件下，应变率越大，发生损伤的界面数量越多，但损伤程度越小，达到某一临界值时，可能会使推进剂刚度突然下降，从而形成“双峰”中的第一个峰，应变率越高，第一个峰对应的应变越大。随着应变增大损伤扩展，同时伴随着基体的损伤发生，最终导致药柱断裂，形成第二个峰。认为高应变率可推迟脱湿损伤的扩展演化，当应变率足够高时，药柱会直接断裂，不会出现第二个峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体推进剂宽温-气体围压试验系统设计与试验[J]. 申志彬,张亮,职世君. 固体火箭技术. 2019(03)
[2]HTPB推进剂温度及率效应的累积损伤模型研究[J]. 李尧,许进升,周长省,冯自瑞. 固体火箭技术. 2019(03)
[3]基于全域CZM的复合推进剂细观损伤与断裂研究[J]. 赵玖玲. 固体火箭技术. 2019(03)
[4]NEPE固体推进剂含损伤的黏弹性本构研究[J]. 徐强,胡勤伟,沙宝林,方钦志. 应用力学学报. 2019(03)
[5]低温点火条件下药柱结构完整性分析与试验[J]. 王佳奇,贺绍飞,申志彬,谷振丰. 固体火箭技术. 2019(03)
[6]低温高应变速率下复合固体推进剂损伤机理分析[J]. 职世君,沈欣,曹军伟. 固体火箭技术. 2018(05)
[7]低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析[J]. 宋仕雄,史宏斌,刘中兵,沙宝林. 固体火箭技术. 2018(03)
[8]固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究[J]. 张怀龙,菅晓霞,周伟良,肖乐勤. 兵工学报. 2018(04)
[9]基体特性对HTPB推进剂力学性能的影响[J]. 韩龙,许进升,周长省. 航空动力学报. 2017(10)
[10]固体推进剂低温细观损伤仿真研究[J]. 周红梅,袁军,赖建伟,袁嵩. 固体火箭技术. 2017(06)
博士论文
[1]复合固体推进剂粘弹损伤本构模型的细观力学研究[D]. 彭威.国防科学技术大学 2001
本文编号：3547359
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