改性雙基推進(jìn)劑-三元乙丙包覆薄膜Ⅰ型界面脫粘性能研究.pdf

1、自由裝填固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，一般通過(guò)包覆層控制裝藥燃面面積?？紤]到推進(jìn)劑與包覆層力學(xué)、化學(xué)性能上的差異，以及粘接條件及環(huán)境的影響，容易在界面處產(chǎn)生各種類型的粘接缺陷，使得推進(jìn)劑/包覆層界面成為薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)受到外界載荷作用時(shí)，裝藥界面容易發(fā)生脫粘失效，改變?cè)腥济孀兓?guī)律，影響發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整體失效。本文以改性雙基(CMDB)推進(jìn)劑/三元乙丙(EPDM)包覆薄膜界面為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法，對(duì)推進(jìn)劑/

2、包覆層界面Ⅰ型脫粘性能展開系統(tǒng)研究，建立相關(guān)界面脫粘模型，并驗(yàn)證了模型的可靠性。本文主要內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面:
　　(1)CMDB推進(jìn)劑/EPDM包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘試驗(yàn)研究。根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)雙懸臂梁試件(DCB)及粘接件單軸拉伸試件。進(jìn)行不同速率下DCB單軸拉伸試驗(yàn)，獲取界面率相關(guān)脫粘載荷-位移曲線，并通過(guò)電子顯微鏡觀測(cè)界面脫粘過(guò)程。對(duì)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析，得到CMDB推進(jìn)劑/EPDM包覆薄膜界面內(nèi)聚能。同時(shí)，通過(guò)粘接件

3、單軸拉伸試驗(yàn)，確定界面內(nèi)聚強(qiáng)度?？紤]到EPDM包覆薄膜為一種新型包覆材料，對(duì)其進(jìn)行了不同速率下單軸拉伸試驗(yàn)及多步松弛試驗(yàn)，并以此建立了材料的本構(gòu)模型。
　　(2)CMDB推進(jìn)劑/EPDM包覆薄膜界面率無(wú)關(guān)脫粘模型研究。為研究推進(jìn)劑/包覆層界面率無(wú)關(guān)脫粘性能，分析了1mm/min雙懸臂梁試驗(yàn)結(jié)果，指明界面裂紋萌發(fā)及擴(kuò)展規(guī)律。而后，引入雙線型內(nèi)聚力模型(CZM)描述界面性能，模型參量通過(guò)試驗(yàn)方法獲取。將所建界面模型應(yīng)用于CMDB推進(jìn)劑

4、/EPDM包覆薄膜界面脫粘有限元分析，得到仿真加載點(diǎn)載荷-位移曲線，及脫粘裂紋長(zhǎng)度隨加載點(diǎn)位移變化曲線。通過(guò)比較仿真與試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了率無(wú)關(guān)內(nèi)聚界面模型的可靠性。同時(shí)，采用虛擬裂紋擴(kuò)展技術(shù)(VCCT)對(duì)上述界面脫粘進(jìn)行仿真分析，比較CZM方法與VCCT方法仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)CZM方法具有更高仿真精度，更適用于描述該推進(jìn)劑/包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘。
　　(3)CMDB推進(jìn)劑/EPDM包覆薄膜界面率相關(guān)脫粘模型研究。為了描述CMDB推進(jìn)劑/

5、EPDM包覆薄膜界面率相關(guān)脫粘性能，引入一種率相關(guān)內(nèi)聚力模型，模型由Maxwell單元體與指數(shù)型率無(wú)關(guān)內(nèi)聚力模型并聯(lián)得到。所建模型具有指數(shù)型內(nèi)聚破壞特點(diǎn)，同時(shí)存在率相關(guān)性。對(duì)該模型進(jìn)行離散化處理，編纂得到相關(guān)UMAT子程序，以便應(yīng)用于推進(jìn)劑/包覆薄膜界面脫粘有限元仿真分析。模型中包含四個(gè)未知內(nèi)聚參量，可以通過(guò)試驗(yàn)與仿真相結(jié)合的反演方法得到，反演過(guò)程中應(yīng)用到Hooke-Jeeves優(yōu)化算法，較大提升了反演計(jì)算效率，縮短了參數(shù)優(yōu)化時(shí)間。為了

6、驗(yàn)證模型在復(fù)雜載荷作用下的適用性，進(jìn)行了多階段加載試驗(yàn)，比較驗(yàn)證試驗(yàn)及仿真曲線，發(fā)現(xiàn)二者變化趨勢(shì)基本一致，偏差在允許范圍內(nèi)，說(shuō)明該模型能夠應(yīng)用于復(fù)雜加載條件下的推進(jìn)劑/包覆薄膜界面脫粘預(yù)測(cè)。
　　通過(guò)本文研究，全面闡述了推進(jìn)劑/包覆層界面Ⅰ型脫粘試驗(yàn)方法，構(gòu)建了CMDB推進(jìn)劑/EPDM包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘率無(wú)關(guān)及率相關(guān)模型，并引入Hooke-Jeeves優(yōu)化算法，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，本文所建模型具有較高