改性雙基推進劑-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)動機，一般通過包覆層控制裝藥燃面面積?？紤]到推進劑與包覆層力學、化學性能上的差異，以及粘接條件及環(huán)境的影響，容易在界面處產生各種類型的粘接缺陷，使得推進劑/包覆層界面成為薄弱環(huán)節(jié)。當發(fā)動機受到外界載荷作用時，裝藥界面容易發(fā)生脫粘失效，改變原有燃面變化規(guī)律，影響發(fā)動機內彈道性能，嚴重時將導致發(fā)動機整體失效。本文以改性雙基(CMDB)推進劑/三元乙丙(EPDM)包覆薄膜界面為研究對象，通過試驗與仿真相結合的方法，對推進劑/

2、包覆層界面Ⅰ型脫粘性能展開系統(tǒng)研究，建立相關界面脫粘模型，并驗證了模型的可靠性。本文主要內容包含以下幾個方面:
　　(1)CMDB推進劑/EPDM包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘試驗研究。根據ASTM標準設計雙懸臂梁試件(DCB)及粘接件單軸拉伸試件。進行不同速率下DCB單軸拉伸試驗，獲取界面率相關脫粘載荷-位移曲線，并通過電子顯微鏡觀測界面脫粘過程。對相關試驗結果進行處理分析，得到CMDB推進劑/EPDM包覆薄膜界面內聚能。同時，通過粘接件

3、單軸拉伸試驗，確定界面內聚強度?？紤]到EPDM包覆薄膜為一種新型包覆材料，對其進行了不同速率下單軸拉伸試驗及多步松弛試驗，并以此建立了材料的本構模型。
　　(2)CMDB推進劑/EPDM包覆薄膜界面率無關脫粘模型研究。為研究推進劑/包覆層界面率無關脫粘性能，分析了1mm/min雙懸臂梁試驗結果，指明界面裂紋萌發(fā)及擴展規(guī)律。而后，引入雙線型內聚力模型(CZM)描述界面性能，模型參量通過試驗方法獲取。將所建界面模型應用于CMDB推進劑

4、/EPDM包覆薄膜界面脫粘有限元分析，得到仿真加載點載荷-位移曲線，及脫粘裂紋長度隨加載點位移變化曲線。通過比較仿真與試驗結果，驗證了率無關內聚界面模型的可靠性。同時，采用虛擬裂紋擴展技術(VCCT)對上述界面脫粘進行仿真分析，比較CZM方法與VCCT方法仿真結果，發(fā)現CZM方法具有更高仿真精度，更適用于描述該推進劑/包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘。
　　(3)CMDB推進劑/EPDM包覆薄膜界面率相關脫粘模型研究。為了描述CMDB推進劑/

5、EPDM包覆薄膜界面率相關脫粘性能，引入一種率相關內聚力模型，模型由Maxwell單元體與指數型率無關內聚力模型并聯得到。所建模型具有指數型內聚破壞特點，同時存在率相關性。對該模型進行離散化處理，編纂得到相關UMAT子程序，以便應用于推進劑/包覆薄膜界面脫粘有限元仿真分析。模型中包含四個未知內聚參量，可以通過試驗與仿真相結合的反演方法得到，反演過程中應用到Hooke-Jeeves優(yōu)化算法，較大提升了反演計算效率，縮短了參數優(yōu)化時間。為了

6、驗證模型在復雜載荷作用下的適用性，進行了多階段加載試驗，比較驗證試驗及仿真曲線，發(fā)現二者變化趨勢基本一致，偏差在允許范圍內，說明該模型能夠應用于復雜加載條件下的推進劑/包覆薄膜界面脫粘預測。
　　通過本文研究，全面闡述了推進劑/包覆層界面Ⅰ型脫粘試驗方法，構建了CMDB推進劑/EPDM包覆薄膜界面Ⅰ型脫粘率無關及率相關模型，并引入Hooke-Jeeves優(yōu)化算法，結合試驗結果對模型參數進行了優(yōu)化。研究結果表明，本文所建模型具有較高