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双基推进剂高应变率力学模型及应用研究

作　者: 王蓬勃
导　师: 王政时; 鞠玉涛
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 双基推进剂高应变率分离式霍普金森压杆朱王唐本构模型数值仿真
分类号: V512
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着火箭导弹技术的发展,固体火箭发动机的安全性问题越来越突出,而高发射过载、跌落撞击等冲击过载,将可能导致装药结构变形、裂纹最终破碎,可能会发生灾难性事故。因此,高速冲击是现在固体火箭发动机装药结构完整性研究热点,这就需要分析和研究火箭发动机药柱在冲击载荷作用下的高应变率力学特性响应特征,建立起描述这一力学规律的本构模型。本文利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)对双基推进剂在不同温度进行了单轴压缩试验,得到了材料在104-103s-1应变率下的应力应变曲线。实验结果表明双基推进剂是率敏感材料,在准静态和动态试验下屈服应力和屈服应变随着应变率的增大而增大,并且与对数应变率呈线性关系。为了在较宽泛应变率范围内描述屈服应力与应变率的关系,采用了一种幂律型本构方程来描述双基推进剂的屈服行为。同时双基推进剂其力学性能与温度也有相关性,随着温度的提高,材料发生了温度软化,其力学性能下降,在低温-40。C时,双基推进剂进入了玻璃化状态,具备了脆性材料的性质,发生了韧脆转化现象。通过实验数据采用最小二乘法得到了朱王唐非线性本构方程的系数,发现朱王唐本构模型能够较好地描述双基推进剂在不同应变率下的力学特性。本文编写了朱王唐线性本构模型的用户子程序,并用在SHPB仿真试件中,通过试验与仿真对比,发现线性朱王唐方程可以较好地描述材料在屈服前的力学行为。最后仿真了122mm火箭增程弹在炮膛发射过程中药柱的受力状况。这为装药结构完整性、火箭发动机设计提供理论依据和数值仿真方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-18
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外高应变率研究现状  8-16
    1.2.1 高应变率的实验技术现状  8-13
    1.2.2 高应变率的本构模型研究现状  13-15
    1.2.3 高应变率下的数值仿真  15-16
  1.3 本文主要研究内容  16-18
2 双基推进剂的准静态实验研究  18-25
  2.1 实验材料与方法  18-19
  2.2 实验结果与分析  19-24
    2.2.1 实验结果  19-21
    2.2.2 实验分析  21-24
  2.3 本章小结  24-25
3 双基推进剂的高应变率实验研究  25-35
  3.1 霍普金森压杆装置(SHPB)及实验原理  25-28
  3.2 脉冲整形技术  28-29
  3.3 动态压缩力学实验  29-34
    3.3.1 实验材料  29
    3.3.2 实验数据的获取和处理  29-31
    3.3.3 实验分析  31-34
  3.4 本章小结  34-35
4 双基推进剂高应变率下本构模型的建立与验证  35-41
  4.1 本构模型的建立  35-36
  4.2 本构方程系数的拟合  36-38
  4.3 本构方程的验证  38-39
  4.4 本章小结  39-41
5 SHPB实验有限元模拟仿真研究  41-55
  5.1 本构方程的一维形式  41-42
  5.2 本构方程的三维形式  42-46
  5.3 SHPB的建模  46-49
    5.3.1 SHPB部件的建立和材料的定义  46-48
    5.3.2 网格的划分  48
    5.3.3 边界条件的设定和载荷的加载  48
    5.3.4 分析步的定义和任务的提交  48-49
  5.4 SHPB轴对称动态分析  49-52
  5.5 SHPB三维动态分析  52-54
  5.6 本章小结  54-55
6 增程火箭发动机装药结构仿真研究  55-61
  6.1 增程火箭发动机的特点  55
  6.2 单孔管装药模型的建立  55-58
    6.2.1 发动机物理模型的建立  55-56
    6.2.2 载荷的加载  56-57
    6.2.3 材料的定义  57
    6.2.4 分析步类型  57-58
    6.2.5 网格划分和有限元模型  58
  6.3 单孔管装药模型数值仿真与分析  58-60
  6.4 本章小结  60-61
7 结论与展望  61-63
  7.1 结论  61-62
  7.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录  68

双基推进剂高应变率力学模型及应用研究

内容摘要

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