復合推進劑高應變率力學性能及本構(gòu)模型研究.pdf

1、丁羥(端羥基聚丁二烯，HTPB)推進劑由于其能量高、密度大且綜合性能較好的原因，是目前應用較多的固體推進劑之一。為了對復合推進劑的力學性能和本構(gòu)模型進行研究，從而為固體火箭發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析提供理論參考，優(yōu)化火箭發(fā)動機的設計，本文選取HTPB推進劑作為研究對象，進行了以下幾個方面的的研究并且得到相應的結(jié)論:
　　(1)采用萬能試驗機對材料進行不同溫度下（10℃、30℃和50℃）和不同應變率下（3.33×10-4s-1、3.3

2、3×10-3s-1、3.33×10-2s-1和3.33×10-1s-1）的準靜態(tài)壓縮實驗，采用SHPB裝置對材料進行不同應變率下（2500s-1、3500s-1和4500s-1）的動態(tài)壓縮實驗，對材料的力學性能進行了分析，分析結(jié)果表明:在低應變率下材料的力學性能具有明顯的初溫相關(guān)性和應變率相關(guān)性，在高應變率下材料的力學性能同樣具有明顯的應變率相關(guān)性，溫度的降低或應變率的增加會使初始壓縮模量增加，在低應變率下表征材料強度的屈服應力和在高應

3、變率下表征材料強度的峰值應力都與應變率對數(shù)成線性關(guān)系。
　　(2)基于Sherwood和Frost提出的本構(gòu)框架關(guān)系，建立了HTPB推進劑材料在低應變率下考慮環(huán)境溫度影響的本構(gòu)模型，得到不同溫度和應變率下的理論預測曲線，與實驗曲線對比后的結(jié)果表明:HTPB推進劑Sherwood-Frost本構(gòu)框架模型，能較好地描述低應變率下HTPB推進劑材料在不同溫度下(10℃-50℃)和不同應變率下（10-4-10-1量級）的應力-應變特征。<

4、br>　　(3)將朱-王-唐(ZWT)模型中的非線性彈性項改為超彈項，得到一種改進型ZWT本構(gòu)模型，得到不同應變率下的理論預測曲線，與實驗曲線對比后的結(jié)果表明:該改進型ZWT本構(gòu)模型既可以較好地描述HTPB推進劑在應變較大時的力學特征，描述的應變范圍最大可以達到0.45，又可以較好地反映HTPB推進劑材料在10-4量級到103量級的應變率范圍內(nèi)的應力-應變特征。
　　(4)對材料在高應變率下（2500s-1、3500s-1和450

5、0s-1）由于形變生成熱引起的溫升進行了實驗測量和理論計算，并在此基礎(chǔ)上建立了HTPB推進劑材料形變生成熱的溫升函數(shù)，研究結(jié)果表明:理論計算所得到的形變生成熱溫升是真實的溫升結(jié)果，在真實的溫升結(jié)果下所建立的溫度函數(shù)可以較好地預測HTPB推進劑材料在高應變率下（2500s-1、3500s-1和4500s-1）的形變生成熱溫升。
　　(5)引入了HTPB推進劑材料形變成生熱效應的熱軟化函數(shù)，對改進型ZWT本構(gòu)模型進行修正，得到了HTP