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《国防科学技术大学》 2001年
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复合固体推进剂粘弹损伤本构模型的细观力学研究

彭威  
【摘要】: 建立正确有效的复合固体推进剂本构模型是固体火箭发动机结构完整性分析的重要基础,是准确预估固体导弹寿命的关键技术。本文从推进剂的组分和细观结构演化特征出发,以细观损伤力学和不可逆热力学为基础,建立了考虑颗粒增强和界面脱湿损伤的粘弹性本构模型,并进行了实验验证。全文的工作主要包括以下几个方面: 1.基于不可逆热力学的内变量理论,针对以粘弹性变形为主要特征的高分子聚合物材料,建立了复合固体推进剂基体的广义粘弹本构方程。 2.应用细观力学的等效夹杂理论,详细研究了弹性硬颗粒填充对粘弹基体的增强效应。首次从推进剂各组分性能出发建立了反映颗粒填充状况和基体粘弹性能的本构方程。该方程具有由颗粒增强因子与基体粘弹本构方程相乘的简洁表达式,不仅物理意义明确,而且便于工程应用。与试验结果比较表明,该模型在未发生明显损伤的变形范围内是正确有效的。 3.研究了颗粒填充引发微裂纹萌生的损伤机制及其影响因素。通过有限元模型计算了颗粒引起应力分布的变化趋势,结合微裂纹萌生的力学条件,从而推得复合固体推进剂占主导地位的损伤形式是微裂纹在颗粒界面成核并沿界面扩展的脱湿损伤。依据能量判据建立了两相球颗粒脱湿模型,计算并讨论了各细观参数对脱湿时间的影响。 4.研究了分布裂纹的损伤演化规律。在Taylor模型的假设下,首先推导了单个任意取向币形微裂纹在复杂应力状态下引起的柔度张量增量,给出了考虑微裂纹闭合与摩擦的统一表达式。应用线弹性断裂理论复合开裂判据,得到了三轴拉伸情况下微裂纹扩展的控制方程,讨论了三维拉伸应力状态下对应的初始扩展微裂纹的尺寸分布和取向空间及其对柔度张量的影响,这是处理复杂应力状态下损伤演化的基础。给出了单轴拉伸条件下微裂纹损伤导致材料各向异性的简单算例分析。 5在分布微裂纹扩展损伤模型的基础上,针对颗粒复合材料的特点,建立了复合固体推进剂的损伤演化发展方程,通过部分定速拉伸实验确定材料参数,由此所建立的本构方程组较充分地体现了细观结构的演化和各组分的效应。在对复合固体推进剂定速拉伸性能预测时取得了与实验曲线相一致的结果,从而验证了本模型的正确性。 本文研究的方法和所建立的本构模型不仅为固体火箭发动机的结构完整性 国 防科技大学研究生院学位论文 分析及寿命预估奠定了良好的基础,同时也将对药柱的设计和制造提供有力的 理论指导。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:O346.5

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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9 付强;邓守春;张晶;梁乃刚;;基于滑移构元的多晶金属弹塑性本构模型[A];固体力学进展及应用——庆贺李敏华院士90华诞文集[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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4 杨勇;压力敏感性材料裂纹尖端场的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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8 甄晓霞;大跨径钢桥桥面铺装体系力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
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10 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
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5 李三保;吉林省县域经济产业协同发展研究[D];长春理工大学;2010年
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【同被引文献】
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4 李高春;董可海;张勇;王玉峰;刘著卿;;环境温度作用下固体火箭发动机药柱的累积损伤规律[J];火炸药学报;2010年04期
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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2 尹自宾;固体火箭发动机点火过程内流场数值研究[D];南京理工大学;2008年
【二级引证文献】
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8 刘著卿;李高春;邢耀国;董可海;陈晓明;;复合固体推进剂细观损伤扫描电镜实验及数值模拟[J];推进技术;2011年03期
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1 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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1 高君亮;风蚀地表土壤颗粒的图像表征及空间变异特征研究[D];内蒙古农业大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 王庆松;新型有机硼酸酯键合剂的合成与应用研究[D];内蒙古大学;2011年
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8 孙树章;钢纤维混凝土中应力传递细观力学机理的分析[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 郭赞;层布式钢纤维、混杂纤维混凝土的增强机理研究[D];武汉理工大学;2006年
10 支春雷;镁基储氢催化材料的制备及其在推进剂中的应用研究[D];南京理工大学;2007年
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