高过载下固体火箭发动机装药力学响应分析

发布时间：2017-08-20 17:40

  本文关键词：高过载下固体火箭发动机装药力学响应分析

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【摘要】：发动机装药是火箭发动机的动力源,是固体火箭发动机的核心部件。推进剂是典型的粘弹性材料,其温度载荷明显依赖于时间和温度的变化。经温度载荷作用后,其力学性能、药型结构和尺寸等都将发生明显变化,对发动机性能也将造成非常严重的影响。同时炮射火箭发动机在发射时还须承受10000g以上的发射过载,使用条件十分恶劣。为确保发动机装药发射时的结构完整性,这就需要对药柱进行应力和应变分析,研究药柱在各种载荷,特别是高发射过载下的粘弹性力学响应。本文采用万能材料实验机和分离式霍普金森压杆装置开展了双基推进剂在不同温度和不同加载速率下的压缩力学性能实验,分别获得了双基推进剂在低应变率和高应变率下的应力应变关系曲线,并分析了材料受温度和压缩速率影响的变化规律。在实验研究的基础上,引入了朱-王-唐(ZWT)非线性本构模型,求取了朱-王-唐本构模型的材料参数,并验证了模型参数的适用范围和有效性,发现朱-王-唐本构模型可以较好的描述双基推进剂在材料屈服前的应力应变关系。利用有限元仿真软件,在获取的双基推进剂高应变率力学特性的基础上,将双基推进剂的朱-王-唐本构方程加入到材料模型中,为火箭发动机装药力学响应分析提供数值分析方法。最后,针对某型炮射火箭发动机,分别对发动机装药在低温工况下发射过程和发射后点火瞬间的力学响应特征进行仿真计算和分析。通过本文的研究,为炮射固体火箭发动机结构设计和结构完整性分析研究提供一定的理论方法和依据。
【关键词】：发动机装药 双基推进剂 本构模型 高过载 数值仿真
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-16
• 1.1 研究背景、目的和意义7-8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 粘弹性材料本构模型研究现状8-10
• 1.2.2 粘弹性材料数值仿真方法的研究现状10-13
• 1.2.3 炮射固体火箭发动机装药的粘弹性力学分析研究现状13-14
• 1.3 本文主要工作14-16
• 2 双基推进剂力学性能实验研究16-27
• 2.1 双基推进剂低应变率压缩力学性能实验与分析16-21
• 2.1.1 实验方法16-17
• 2.1.2 实验结果及分析17-21
• 2.2 双基推进剂高应变率压缩力学性能实验与分析21-26
• 2.2.1 分离式Hopkinson压杆实验技术21-23
• 2.2.2 双基推进剂的动态力学实验23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 双基推进剂本构模型研究27-35
• 3.1 朱王唐本构模型的建立27-31
• 3.2 本构模型的验证31-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 有限元数值方法实现与分析35-45
• 4.1 用户材料子程序的实现35-39
• 4.1.1 ZWT本构模型一维增量形式35-37
• 4.1.2 ZWT本构模型三维增量形式37-39
• 4.2 本构模型有限元验证与分析39-44
• 4.3 本章小结44-45
• 5 炮射火箭发动机装药结构力学响应仿真分析研究45-58
• 5.1 炮射固体火箭发动机装药结构力学响应分析模型45-49
• 5.1.1 炮射固体火箭发动机装药物理模型及载荷模型45-46
• 5.1.2 载荷的加载46-47
• 5.1.3 材料模型47
• 5.1.4 分析步设置47-48
• 5.1.5 有限元网格模型及划分48
• 5.1.6 药柱失效判据48-49
• 5.2 炮射火箭发动机在低温工况下发射过程的力学响应特征研究49-52
• 5.3 炮射火箭发动机在发射后点火瞬间力学响应特征研究52-56
• 5.4 本章小结56-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63

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