高过载下底排药柱变形及应力损伤数值模拟

发布时间：2021-09-19 11:07

　　底排弹采用底排药柱缓慢燃烧来提高弹底压力,从而达到减小弹底阻力、提高射程的目的。实践表明,底排药柱在膛内发射过程承受高过载作用,导致出膛口后存在部分破碎现象,从而影响燃烧一致性,致使射程散布偏大。因此,研究高过载下底排药柱变形与应力损伤,对进一步揭示其破裂机理有着重要工程应用价值。首先,基于火炮内弹道与底排内弹道理论,建立了综合考虑底排药柱燃烧与火炮内弹道的耦合数学模型,计算得到了底排装置内与火炮膛内的内弹道特性参数,对整个发射过程中底排药柱所承受的过载情况进行了计算分析；其次,分析了底排药剂的材料属性,借助粘弹性理论,建立了适用于描述底排药剂的力学模型,得到了多种形式的底排药剂粘弹性本构方程；再次,通过力学试验,得到了底排药剂的力学性能数据,采用PRONY级数拟合方法,拟合得到底排药柱的松弛模量曲线,作为数值模拟时的底排药柱力学性能参数输入；最后,根据底排药柱的具体载荷情况,运用有限元分析软件ABAQUS,采用三维粘弹性有限元方法,对底排药柱在高过载作用下的变形及应力损伤进行数值模拟。得到底排药柱在各种不同工况中、任意时刻的应力应变分布情况、最大变形点以及最大应力应变的空间位置。 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究目的和意义
    1.2 与课题相关的国内外研究现状
    1.3 本文的主要内容
2 发射过程中底排药柱受力分析及计算
    2.1 底排弹简介
    2.2 底排弹内弹道模型
        2.2.1 底排装置膛内燃烧模型
        2.2.2 零维经典内弹道模型
        2.2.3 数值计算
    2.3 底排药柱受力分析及计算
        2.3.1 药柱受力分析
        2.3.2 药柱受力计算
    2.4 本章小结
3 推进剂粘弹性力学理论
    3.1 复合固体推进剂
    3.2 推进剂的粘弹性
    3.3 力学模型
        3.3.1 Maxwell模型
        3.3.2 Voigt模型(Kelvin模型)
        3.3.3 Burger模型
    3.4 粘弹性材料的本构关系
        3.4.1 微分型本构关系
        3.4.2 积分型本构关系
        3.4.3 三维本构关系
    3.5 粘弹性泊松比本构方程
        3.5.1 微分算子表达形式
        3.5.2 松弛模量表达形式
        3.5.3 体积模量表达形式
        3.5.4 粘弹性泊松比的数值解
    3.6 时-温等效原理
    3.7 底排药剂力学性能获取和处理
        3.7.1 单向拉伸试验
        3.7.2 松弛试验
    3.8 推进剂破坏性能及强度理论
        3.8.1 破坏性能
        3.8.2 推进剂的强度理论
    3.9 本章小结
4 数值分析
    4.1 粘弹性理论在ABAQUS中的应用
    4.2 内弹道环境下的底排药柱温度场分析
        4.2.1 实体建模及有限元划分
        4.2.2 计算工况及初始条件
        4.2.3 结果分析
    4.3 药柱模型
        4.3.1 物理模型
        4.3.2 药柱的简化假设
        4.3.3 药柱的破坏判据
        4.3.4 底排药剂的材料参数
        4.3.5 实体建模及有限元划分
    4.4 内压作用下的应力应变数值分析
        4.4.1 边界条件和载荷施加
        4.4.2 计算结果分析
    4.5 轴向过载下的应力应变数值模拟
        4.5.1 边界条件及载荷施加
        4.5.2 计算结果分析
    4.6 总体应力应变数值模拟
        4.6.1 边界条件及载荷施加
        4.6.2 计算结果分析
    4.7 本章小结
5 结束语
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]复合固体推进剂松弛模量的获取方法[J]. 许进升,鞠玉涛,郑健,韩波.  火炸药学报. 2011(05)
[2]炮膛内底排装置燃烧特性计算分析[J]. 张领科,余永刚,陆欣,李志锋.  兵工学报. 2011(05)
[3]底排点火药配方设计与性能测试研究[J]. 蒋冲,黄寅生,段进军,李锦涛.  弹道学报. 2010(04)
[4]应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能及耗散特性的影响[J]. 王玉峰,李高春,刘著卿,丁彪.  含能材料. 2010(04)
[5]几种典型固体推进剂的危险性能实验研究[J]. 秦能,廖林泉,范红杰,李军强.  含能材料. 2010(03)
[6]底排药剂热分析试验研究[J]. 陈明华,崔洪营,王卫民.  科学技术与工程. 2010(14)
[7]底排装置工作不一致性对射程散布影响的研究[J]. 张领科,周彦煌,余永刚.  兵工学报. 2010(04)
[8]某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟[J]. 张领科,周彦煌,陆欣,陆春义.  含能材料. 2010(02)
[9]复合固体推进剂静电危险性数值模拟[J]. 鲍桐,张炜.  固体火箭技术. 2010(01)
[10]底排药在弹丸发射过程中的强度研究[J]. 张洪林.  火炸药学报. 2008(05)

硕士论文
[1]高过载下固体火箭发动机药柱结构的完整性分析[D]. 郑颖建.哈尔滨工程大学 2005
[2]底排火箭复合增程弹射程优化研究[D]. 吴义锋.南京理工大学 2004
[3]烟火型底排剂技术及性能研究[D]. 罗云.南京理工大学 2004
[4]固体火箭推进剂有限元理论分析与计算[D]. 王家林.哈尔滨工程大学 2003
[5]复合增程弹助推火箭推进剂药柱结构完整性分析[D]. 郭振伏.南京理工大学 2003



本文编号：3401501