EPDM绝热包覆层热解特性及本构模型研究

发布时间：2017-10-03 02:37

  本文关键词：EPDM绝热包覆层热解特性及本构模型研究

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【摘要】：三元乙丙(EPDM)作为固体火箭发动机的绝热包覆层位于发动机壳体与推进剂装药之间,在发动机工作过程中,绝热包覆层可以有效地控制装药燃面的变化规律,得到所需要的内弹道性能,从而保证发动机的正常工作。此外,绝热包覆层对壳体与药柱之间应力、应变的传递也起到了重要的缓冲作用,缓解了壳体的震动和冲击对装药燃烧的影响。这就要求绝热包覆层材料必须具有良好的热稳定性能和力学性能。本文针对EPDM绝热包覆层的热防护机理和本构模型展开研究,主要包括以下内容：(1) EPDM绝热包覆层热稳定性实验研究通过热重分析确定EPDM绝热包覆层材料的热解温度范围,结合能谱分析和微观结构扫描等技术手段对热解材料的微观结构、物相变化以及元素的成分和含量展开研究。通过实验结果分析EPDM绝热包覆层的热防护机理,并为其在不同热解状态下力学行为的变化规律提供理论依据。(2) EPDM绝热包覆层力学实验研究通过多步松弛和单轴拉伸两种实验方式,获取不同热解状态下EPDM的平衡响应曲线和拉伸曲线。结合实验结果分析材料的粘流特性、率敏感性和超弹性等特征以确定材料的力学范畴,为建立EPDM绝热包覆层在不同热解状态条件下的本构模型提供了实验基础。(3) EPEM原始材料层本构模型研究根据EPDM准静态力学实验结果,采用超弹性模型对平衡响应曲线进行拟合,并在此基础上引入应变率参数函数,以描述EPDM在单轴拉伸实验中的率相关特性,从而构建了能够描述和预测EPDM在有限应变率范围内力学响应特性的粘超弹本构模型。(4) EPDM热解材料层本构模型研究基于EPDM初始热解材料在准静态条件下的粘超弹特性,本文构建了一个由含热解温度项的超弹单元模型和含损伤项的粘弹单元模型并联组成的粘超弹本构模型；基于EPDM深度热解材料所呈现出的的弹脆性特征,尝试采用Ogden(n=2)模型对其进行描述。拟合结果表明,粘超弹模型和超弹脆性模型均可很好地描述EPDM在不同热解程度下的力学行为,为EPDM绝热包覆层在固体火箭发动机工作过程中的应力、应变传递提供了一定的理论依据。
【关键词】：固体火箭发动机 EPDM绝热包覆层 热解特性 粘超弹特性 本构模型
【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5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-25
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-23
• 1.2.1 EPDM热防护机理研究进展14-17
• 1.2.2 EPDM本构模型研究进展17-23
• 1.3 本文主要研究内容23-25
• 2 EPDM绝热包覆层热稳定性实验研究25-33
• 2.1 热重分析25-27
• 2.1.1 实验设备25
• 2.1.2 实验方法25-26
• 2.1.3 结果与分析26-27
• 2.2 热解分析27-28
• 2.2.1 实验设备27-28
• 2.2.2 实验方法28
• 2.2.3 实验结果与分析28
• 2.3 微观结构及成分分析28-32
• 2.3.1 实验设备28-29
• 2.3.2 实验方法29
• 2.3.3 组分分析(EDS)29-30
• 2.3.4 形态结构分析(SEM)30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 EPDM绝热包覆层力学实验研究33-41
• 3.1 实验材料与实验设备33-35
• 3.2 实验方法35-36
• 3.2.1 多步松弛实验35-36
• 3.2.2 单轴拉伸实验36
• 3.3 实验结果讨论36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 EPDM原始材料层本构模型研究41-49
• 4.1 超弹模型f(ε)41-44
• 4.1.1 Mooney-Rivlin模型41-43
• 4.1.2 Ogden模型43
• 4.1.3 拟合结果与分析43-44
• 4.2 粘性项μ(ε,(?))44-46
• 4.3 粘超弹本构模型46-47
• 4.4 验证实验47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 5 EPDM热解材料层本构模型研究49-57
• 5.1 粘超弹本构模型的建立49-55
• 5.1.1 超弹单元模型49-52
• 5.1.2 粘弹单元模型52-53
• 5.1.3 粘超弹本构模型拟合结果53-55
• 5.2 超弹脆性本构模型的建立55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 6 总结与展望57-59
• 6.1 主要工作总结57-58
• 6.2 创新点58
• 6.3 未来展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-66
• 附录66-67

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