考虑粘弹性泊松比的固体推进剂本构模型研究及应用

发布时间：2020-10-30 20:16

　　 固体推进剂泊松比的测量与应用一向是困扰固体发动机结构完整性分析工作者的难点之一。固体发动机载荷工况复杂、服役时间长,因此,药柱结构完整性评估问题是又一个复杂的难题。如何建立推进剂合理的本构模型并利用模型准确的表征推进剂药柱在复杂工况下的应力应变响应是一项重要的研究课题。本文的研究重点是推进剂粘弹性泊松比的测量、老化模型和含粘弹性泊松比的推进剂粘弹性本构模型及其有限元应用。主要研究内容如下:基于数字图像相关方法,提出了考虑温度和时间效应的粘弹性泊松比精细测量方法。依据弹性-粘弹性对应原理,推导了松弛试验条件下粘弹性泊松比的定义式。建立了考虑温度效应的推进剂粘弹性泊松比的测量系统,通过该系统测量了高低温环境下的推进剂粘弹性泊松比,分析了不同温度条件下的泊松比变化规律,为后续粘弹性泊松比主曲线的建立奠定了基础。此外,通过该系统还研究了纵向应变水平、预紧力对泊松比测量结果的影响规律。所提方法可为其他粘弹性材料泊松比的测量提供借鉴。建立了一种基于交联度变化的推进剂泊松比老化发展模型,修正了推进剂松弛模量的老化发展方程。开展了推进剂加速老化试验,对老化过程中松弛模量以及泊松比变化情况进行监测,对实际试验数据进行拟合,确定了松弛模量和泊松比老化方程中的相关参数。利用定速拉伸试验,对建立的老化发展方程进行了间接验证。所提泊松比老化发展关系可为后续老化粘弹性本构模型的研究奠定理论基础。基于时温等效原理和WLF方程建立了推进剂粘弹性泊松比主曲线方程。建立了考虑粘弹性泊松比的推进剂本构模型。基于增量有限元方法,采用完全显式积分算法推导了增量形式的粘弹性本构方程。根据MSC.Marc用户子程序编程规则,确定了本构模型对应的一致切线刚度矩阵从而实现了本构模型的有限元应用。先后通过固化降温、交变温以及点火增压工况,分别采用粘弹性泊松比以及弹性泊松比对药柱结构进行了结构完整性分析,并对比了不同类型泊松比对应力应变场的影响。研究方法和结果可以为发动机药柱的精细结构完整性分析提供参考。本文研究成果可以为发动机结构完整性的精细化分析提供工具,为进一步准确预估发动机寿命奠定基础,具有重要的理论意义与工程应用价值。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：V512
【部分图文】：

第 19 页(b) 变形后图 2.1 DICM 原理示意的相关系数取得极值时可以得到以 P '( x ', y ')为中心的以确定目标子区中心点 P '( x ', y ')在 x 和 y 方向的位移( , ) '( , ) 'u x y x xv x y y y 点足够多的时候可以得到全部的位移场。图 2.2（a）和

(b) y 方向位移图 2.2 x 和 y 方向位移云图上的每一点都进行上面的运算，得出全场位移后，，需要采用逐点局部最小二乘拟合法得到光滑连续可以根据需要采用二元一次多项式或者二元二次多项式可以表示为0 1 20 1 2( , )( , )u x y a a x a yv x y b b x b y 0 1, b ,b 和2b 为多项式待定系数。系拟合位移场的表达式，再利用位移与应变之间的子区的应变场。对于小变形情况，其 Cauchy应变计12( , )( , )( , ) ( , )xyu x yaxv x ybyu x y v x y

(b)图 2.3 测量试样及夹具统括两部分，图像采集子系统和测试环境子系统，如免环境光的干扰以及为温箱提供较亮的视野。此记录实时的数字图形信息。在测量时，镜头的中心贮存和处理由计算机自动处理。图像采集子系统过与应变仪测量结果进行对比分析，该测量系统可确测量要求。
【参考文献】

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本文编号：2862956