基于Jones-Nelson本构模型的C/C复合材料喉衬热结构研究

发布时间：2024-03-23 20:52

　　喉衬是构成固体火箭发动机喷管的最小通道,维持着发动机燃烧室的预定工作压强,使燃气由亚音速变为超声速,从而产生推力的关键部件。C/C复合材料由于较好的热力学性能,广泛应用于大型固体火箭发动机喉衬结构,但是由于对该材料复杂的非均质特性认识不足,长期以来一直缺乏适合的本构模型,导致仿真结果误差较大。本文从工程实际出发,以C/C复合材料的Jones-Nelson本构模型为基础,对固体火箭发动机喉衬进行了热结构研究。第二章总结了近年来国内外针对C/C复合材料力学性能的实验方法,研究了C/C复合材料力学性能实验的试样设计,实验数据采样方法,异常数据处理方法,数据统计评估方法等内容,结合国内复合材料实验条件,完成了C/C复合材料轴向、0°方向和90°方向的拉伸、压缩以及剪切的力学性能测试,获得了较为准确的材料力学性能。实验结果表明,C/C复合材料具有显著的各向异性、拉压双模量且存在损伤演化的特性,并为后续Jones-Nelson本构模型的建立提供数据支持。第三章从材料的编织特性出发,进而分析证明其满足正交各向异性本构模型。再以C/C复合材料力学性能实验中单轴力学性能数据为基础,通过回归拟合得到了该材...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 C/C复合材料力学性能实验研究现状
        1.2.2 C/C复合材料力学性能及本构模型研究现状
        1.2.3 固体火箭发动机喉衬热结构研究现状
    1.3 本文主要研究内容与技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
2 C/C复合材料力学性能实验研究
    2.1 概述
    2.2 美国军用标准MIL-HDBK-17复合材料手册
        2.2.1 概述
        2.2.2 手册的主要目标与内容
        2.2.3 手册的优点
    2.3 C/C复合材料力学性能实验方法研究
        2.3.1 实验方法研究概述
        2.3.2 实验取样方法
        2.3.3 异常数据处理方法
        2.3.4 数据统计评估方法
    2.4 C/C复合材料力学性能实验
        2.4.1 实验内容
        2.4.2 实验仪器简介
        2.4.3 试件设计
        2.4.4 数据处理
        2.4.5 实验结果与分析
    2.5 多向编织C/C复合材料力学性能分析
        2.5.1 材料力学性能各向异性分析
        2.5.2 材料拉压双模量性能分析
        2.5.3 材料损伤演化分析
    2.6 小结
3 C/C复合材料Jones-Nelson本构模型研究
    3.1 引言
    3.2 C/C复合材料的本构模型
        3.2.1 C/C复合材料的空间结构
        3.2.2 C/C复合材料本构关系的研究
    3.3 Jones-Nelson本构模型研究
        3.3.1 Jones-Nelson本构模型简介
        3.3.2 Jones-Nelson本构模型优点
    3.4 Jones-Nelson本构模型的扩充理论
    3.5 Jones-Nelson本构模型的加权柔度修正模型
    3.6 Jones-Nelson本构模型参数的数值解法
    3.7 小结
4 基于Jones-Nelson本构模型的固体火箭发动机喉衬热结构研究
    4.1 引言
    4.2 喷管组件热传递数学模型
    4.3 喷管组件热传导有限元模型
    4.4 固体火箭发动机喉衬热结构对比实验
    4.5 固体火箭发动机喉衬热结构计算
        4.5.1 有限元模型
        4.5.2 计算方法
        4.5.3 初始条件和边界条件
        4.5.4 温度场计算结果及对比实验结果
        4.5.5 应变场计算结果及对比实验结果
    4.6 小结
5 结论和展望
    5.1 结论
    5.2 全文主要创新点
    5.3 研究展望
致谢
参考文献
附录 1
攻读学位期间取得的研究成果



本文编号：3936450