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《南京理工大学》 2013年
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双基推进剂屈服准则及粘弹塑性本构模型研究

张建彬  
【摘要】:双基推进剂由于其燃温低、燃速低、燃气清洁和强度高等特点已成为各类中小口径火箭、炮射火箭增程发动机及导弹燃气发生器的主要动力源之一。随着火箭武器技术不断的发展,对装药的性能要求越来越高,但是其在试验和发射过程中常会发生意想不到的问题,这样推进剂装药结构完整性问题就越来越受到各界的关注,建立起便于应用且较为准确的双基固体推进剂屈服准则、本构关系和装药结构完整性数值仿真方法已经成为目前研究的热点之一。 本文以固体火箭发动机在设计、贮存和使用过程中所常见的力学问题为研究背景,主要针对双基推进剂材料,展开了关于双基推进剂静动态力学性能、屈服准则、粘弹塑性本构模型及模型参数获取方法和子程序二次开发的研究。全文主要就以下几方面进行了较为深入地研究: (1)对双基固体推进剂准静动态力学性能展开了系列的研究,由于双基推进剂的力学特性与其它高分子材料的力学性能有一定的差异,对推进剂材料的泊松比、表面应变测量方法、力学性能与温度及率的相关性展开了研究,提出了针对双基推进剂材料屈服点的判断方法。 (2)对双基推进剂材料的屈服准则和静水压力下的力学性能展开了研究,首先根据万能材料试验机的结构设计出了相应的围压试验装置,然后通过不同围压压力水平下的单轴压缩试验研究了该类推进剂材料的力学性能与围压压力之间的关系,利用莫尔-库伦理论首次获得了推进剂材料的粘聚力和内摩擦角,接着对多种屈服准则进行了对比分析,遴选出了能够较好反映推进剂材料在不同条件下的屈服判据。 (3)结合粘弹塑性本构模型的特点,根据不同应力水平下的蠕变回复试验和循环蠕变回复试验确定了该本构模型的参数,并对该本构模型进行了相应的试验验证,证明了本文建立的本构模型具有一定的准确性。 (4)基于Schapery的非线性粘弹性本构关系,结合粘塑性本构模型,建立了非线性粘弹塑性本构模型,运用增量方法将粘弹塑性本构方程由一维推广到三维增量形式,提出了屈服因子的概念,用来判断推进剂材料的屈服程度,并基于FORTRAN语言和有限元软件进行了二次开发,即编制了相应的UMAT子程序。 通过本文的研究,获得了双基固体推进剂材料在静动态加载条件下的力学响应特性、变化规律和力学性能的影响因素。针对双基推进剂材料建立起的本构理论、运用的有限元方法及结论,将有效地指导该类固体火箭发动机装药设计,特别是为固体推进剂自由装填装药结构完整性分析提供了理论基础和依据。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:V512.2

【参考文献】
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