固體推進劑藥柱表面裂紋動態(tài)力學(xué)特性研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動機作為戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈或野戰(zhàn)火箭的動力裝置和關(guān)鍵部件，其安全性非常重要。從已知的導(dǎo)彈及火箭故障來看，固體火箭發(fā)動機失效是導(dǎo)致災(zāi)難性故障的最主要原因，而失效主要是由于藥柱結(jié)構(gòu)完整性的破壞。因此，在固體火箭發(fā)動機設(shè)計階段，需要大力開展發(fā)動機的結(jié)構(gòu)完整性分析，其中藥柱的結(jié)構(gòu)完整性是關(guān)鍵技術(shù)之一。在藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析中，形變和斷裂特性研究一直是十分活躍的研究課題。 本文通過建立由三維非線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系描述的固體推進劑藥柱有限元模型

2、，利用數(shù)值方法分析藥柱表面裂紋的動態(tài)場特性，對裂紋尖端應(yīng)力應(yīng)變場的分布及其動態(tài)場對加載率的響應(yīng)特征進行了研究。主要研究內(nèi)容為： 1.通過研究廣義粘彈性本構(gòu)方程在固體推進劑材料中的適應(yīng)性，利用非線性有限元分析中的通用求解方法對單軸和多軸粘彈性本構(gòu)關(guān)系進行了分析，運用遞歸迭代算法編制了用戶材料子程序。 2.建立由三維非線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系描述的有限元模型，通過數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比的方式對方程的有效性進行驗證。 3

3、.利用三種加載方式對帶裂紋的典型藥柱結(jié)構(gòu)的裂紋尖端場進行了數(shù)值計算。通過將三維非線性粘彈性數(shù)值方程轉(zhuǎn)化成動態(tài)條件下本構(gòu)模型，編制VUMAT（動態(tài)分析用戶材料子程序），分別對施加三種不同加載率的不同長度裂紋進行有限元計算，考慮裂紋對動態(tài)載荷的響應(yīng)，分析了應(yīng)力應(yīng)變場的變化規(guī)律。 4.利用典型藥柱結(jié)構(gòu)的裂紋尖端場數(shù)值計算結(jié)果分析了加載率對裂尖前方張開應(yīng)力場的影響，并預(yù)測了動態(tài)加載條件下的斷裂韌性。 通過本文的研究，得到了固體推