NEPE推进剂疲劳损伤特性研究

发布时间：2017-07-25 22:22

  本文关键词：NEPE推进剂疲劳损伤特性研究

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【摘要】：在固体火箭发动机储存和运输过程中,推进剂药柱会承受颠簸振动和温度循环等交变载荷,推进剂在循环载荷环境中不会发生瞬时破坏,但长期作用会使药柱产生疲劳累积损伤,使固体火箭发动机的结构完整性遭到破坏。NEPE推进剂是一种高颗粒填充比的高能复合推进剂,其力学行为与应变率和温度相关,本文针对NEPE推进剂在准静态和动态下的力学性能展开系统研究,主要研究内容包括：利用材料电子实验机对NEPE推进剂在不同应变率下进行等速单轴拉伸实验,得到不同应变率下的应力—应变曲线,分析其率相关特性。在常温下对NEPE推进剂进行了应力松弛实验,利用Sorvari法获得了NEPE推进剂的松弛模量,通过最小二乘法对应力松弛模量—时间曲线进行拟合,得到了松弛模量Prony级数表达式中的系数和指数。分析NEPE推进剂在准静态下的力学特征。利用DMA-ELF3200动态热机械分析仪测定NEPE在不同温度和频率激励下的动态力学参数,获取了NEPE推进剂储能模量、损耗模量及损耗因子的温度谱。通过损耗模量主曲线获得NEPE推进剂玻璃化转变温度。基于时间—温度等效原理对NEPE推进剂动态粘弹性参数进行等效叠加,得到频率谱和移位因子随实验温度变化的规律。根据温度谱和频率谱分析NEPE推进剂动态力学性能。在不同温度和应变幅值条件下开展了NEPE推进剂疲劳实验研究,采用频率为10Hz的正弦波,基于实验数据获得了NEPE推进剂在双对数坐标系下的疲劳方程,分析疲劳寿命与应变幅值之间的关系,并研究了温度对疲劳寿命的影响。基于损伤力学和粘弹性理论,考虑材料疲劳过程中刚度衰减的特征,建立NEPE推进剂非线性疲劳损伤累积模型。通过五组不同应变水平下的疲劳实验,获得了模型参数并进行验证。利用CCD显微镜进行了微观组织观察,分析了应变加载历史对推进剂颗粒和基体的影响。本文成果为固体火箭发动机装药结构设计提供了参考依据。
【关键词】：NEPE推进剂 应变率 粘弹性 动态力学性能 疲劳寿命 损伤变量
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V512
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景、目的和意义12-13
• 1.2 固体推进剂粘弹性力学国内外研究现状13-20
• 1.2.1 NEPE推进剂粘弹性力学性能概述13-16
• 1.2.2 疲劳实验过程中的影响因素分析16-17
• 1.2.3 疲劳损伤方程研究进展17-20
• 1.3 本文主要研究内容20-22
• 2 NEPE推进剂准静态下力学性能研究22-35
• 2.1 实验方法设计以及试件制备22-23
• 2.1.1 实验夹具与试件设计22-23
• 2.1.2 NEPE推进剂样品制备23
• 2.2 NEPE推进剂率相关性能研究23-27
• 2.2.1 率相关实验条件24
• 2.2.2 不同拉伸速率下NEPE推进剂应力-应变曲线24-26
• 2.2.3 拉伸速率对初始模量的影响26-27
• 2.3 NEPE推进剂松弛特性研究27-33
• 2.3.1 应力松弛模量获取方法研究27-30
• 2.3.2 NEPE推进剂松弛实验研究30-32
• 2.3.3 NEPE推进剂恒温松弛模量获取方法验证32-33
• 2.4 本章小节33-35
• 3 NEPE推进剂动态力学性能研究35-48
• 3.1 NEPE推进剂动态力学特性研究35-39
• 3.1.1 复模量和复柔量35-39
• 3.1.2 动态性能与频率的关系39
• 3.2 动态性能实验研究和结果分析39-47
• 3.2.1 实验方法39-40
• 3.2.2 NEPE推进剂温度依赖性分析40-43
• 3.2.3 NEPE推进剂频率依赖性分析43-47
• 3.3 本章小节47-48
• 4 NEPE推进剂疲劳寿命方程和损伤模型研究48-65
• 4.1 NEPE推进剂疲劳损伤实验研究48-52
• 4.1.1 NEPE推进剂疲劳实验方法确定48-49
• 4.1.2 疲劳失效的定义方法49-50
• 4.1.3 NEPE推进剂疲劳实验方法50-52
• 4.2 NEPE推进剂疲劳寿命方程拟合结果52-55
• 4.2.1 加载幅值对疲劳寿命的影响52-54
• 4.2.2 实验温度对疲劳寿命的影响54-55
• 4.3 NEPE推进剂疲劳损伤模型研究55-61
• 4.3.1 损伤变量的选取56-58
• 4.3.2 线性疲劳损伤模型58
• 4.3.3 非线性疲劳损伤模型58-59
• 4.3.4 NEPE推进剂疲劳损伤模型59-61
• 4.4 损伤模型与微观分析61-64
• 4.4.1 实验结果与模型参数获取61-63
• 4.4.2 NEPE推进剂疲劳损伤微观分析63
• 4.4.3 NEPE推进剂非线性模型验证63-64
• 4.5 本章小节64-65
• 5 总结65-68
• 5.1 工作总结65-66
• 5.2 未来展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-74
• 附录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：573613