基于加速老化与三维粘弹性有限元分析的固体导弹发动机寿命预估

为了预估固体导弹发动机的贮存寿命,通过推进剂加速老化试验,得到该推进剂延伸率随贮存时间的变化规律;应用三维粘弹性有限元分析方法,对发动机贮存一定时间后直接点火发射过程进行数值仿真,从中得到药柱在点火增压和轴向过载联合作用下最大Von Mises应变随贮存时间的变化规律;将推进剂的延伸率与推进剂药柱最大Von Mises应变进行对比,利用结构完整性评估准则,得到发动机的贮存寿命。该方法可为固体导弹发动机的设计和使用提供参考。     

某型炮射导弹膛内运动时期药柱的应力应变分析

炮射导弹发射过程中承受上万个g的过载,固体推进剂药柱的应力应变分析极为关键.文中采用有限元方法对药柱在发射过程中的应力应变进行数值模拟,分别对比研究轴向过载、旋转载荷和药柱-挡药板之间摩擦对药柱整体最大von Mises应力和最大应变变化的影响规律.结果表明,考虑旋转和药柱-挡药板之间摩擦的情况下,药柱整体最大yon Mises应力和最大应变都显著增加,而且药柱-挡药板之间摩擦将直接影响药柱最大von Mises应力和最大应变发生的区域.     

固化降温过程中几何参数对车轮形药柱结构完整性的影响分析

为了分析不同几何参数对车轮形药柱结构完整性的影响,为固体火箭发动机药柱结构设计提供参考,以有限元软件MSC.Patran/Nastran为平台,建立了车轮形药柱的参数化模型,分析了药柱固化降温过程中车轮形药柱最大Von Mises应变随药柱几何参数的变化规律.计算结果表明,车轮形药柱的过渡圆弧半径、肉厚、角度系数及轮臂...     

HTPB推进剂药柱的湿扩散及湿应力有限元分析

为研究湿度对固体火箭发动机的影响,提出了HTPB推进剂药柱中湿气扩散及湿应力的数学模型和有限元模型,并对其湿气扩散和湿应力进行了有限元分析计算。结果表明,环境越潮湿,药柱内部的吸湿情况越严重,湿应力越大,Von Mises湿应力最大值始终出现在星尖处,温度对其湿扩散也有一定的影响,高温环境下湿气扩散速度相对较高。所以,...     

NEPE推进剂固化降温过程残余应力应变分析

为研究硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂药柱固化与降温过程中残余应力/应变的形成机制,基于ABAQUS有限元软件对推进剂在固化与降温过程中的温度场、固化度场和应力/应变场进行数值分析。结果表明,NEPE推进剂药柱在50 ℃高温固化过程中,药柱内部存在温度梯度与固化速率梯度,药柱截面中心位置温度与固化速率较高,但在固化完成时内部固化度趋于一致,药柱内部的温差不会影响药柱最终的残余应力和残余应变;NEPE推进剂药柱在固化与降温2个阶段中,总残余应力/应变基本符合应力/应变叠加原理,药柱的残余应力/应变主要由固化收缩应力/应变与降温过程产生热应力/应变构成,总残余应力在这两阶段占比分别约为20%与80%,总残余应变占比分别约为30%与70%;本方法获得的残余应力/应变与传统采用温度折算方法计算结果分布趋势基本一致,但计算结果整体偏小。     

固体推进剂药柱综合寿命评估方法研究

对典型的固体推进剂寿命评估方法进行了论述,并建立了以力学性能为主、弹道性能为辅的综合寿命评估方法．该方法主要对推进剂药柱进行了结构完整性分析,并利用时温等效原理,考虑了应力应变受时间、温度的影响,引入Smith粘弹模型,建立了应力应变失效的准则;同时还将断裂理论推广到粘弹性材料,得到了推进剂药柱裂纹和脱粘的失效准则,为药柱的寿命评估提供了新思路．     

模数对药柱热应力的影响

为获得药柱模数对发动机结构完整性的影响,针对某一典型火箭发动机常用的圆孔药柱和星孔药柱,建立温度冲击下的计算模型,基于推进剂材料的粘弹性本构关系,结合热流变简单材料的特性,对不同模数的圆孔药柱和星孔药柱受温度载荷的情况进行了数值计算,得到温度冲击载荷作用下药柱的实时温度场及应力、应变特性,分析了不同时刻药柱内不同位置处应力、应变特性,应力、应变随时间的变化规律及最大应力、应变随模数的变化关系.分析结果表明圆孔药柱和星孔药柱内的最大应力值都随模数呈指数形式增长,危险点分别在药柱内壁处和星尖圆弧过渡处,药柱内的应力变化速度均大于应变变化速度.     

轴向过载下固体推进剂装药内外径比和长径比对结构完整性影响的规律研究

在固体火箭发动机装药设计中,一般将药柱的内外径比定义为m数(m=R/r),为研究装要设计参数m数和长径比在轴向过载条件下对装药结构完整性的影响,采用三维粘弹性模型,通过选取9种m数以及6种长径比,共54个计算模型,对装药完整性进行了计算,结果表明轴向过载条件下药柱最大等效von Mises应力、应变值受药柱m数以及长径比共同影响.并得出当长径比大于3时,其对药柱最大等效von Mises应力、应变基本没有影响的结论,为固体火箭发动机药柱结构设计时m数和长径比的选择提供理论参考.     

基于加速老化和实测载荷的立式贮存固体发动机药柱寿命评估

为预估立式贮存固体发动机药柱贮存寿命,综合考虑加速老化和实测载荷的影响,开展推进剂高温加速老化试验,得到推进剂延伸率的变化规律。分别对贮存老化后的发动机在固化降温/静态立式贮存/点火发射和固化降温/动态立式贮存两种载荷历程进行有限元分析,获取药柱危险点von Mises 应变规律,并计算药柱在振动条件下的疲劳损伤。以延伸率和应变随时间的变化规律为依据,预估了发动机寿命。结果表明：推进剂延伸率随时间逐渐减小;药柱在重力载荷的长时间作用下会产生蠕变效应;药柱内部各点在实测振动载荷作用下产生周期性的应力,动态立式贮存半年的损伤值为0.017 12;发动机贮存老化时间与立式贮存次数呈现负指数关系,其可允许的动态立式贮存次数为15次;考虑立式贮存时,总寿命介于8.24~11.75年;忽略立式贮存时,总寿命为17.81年。     

湿热环境下A-IX-II炸药装药的老化性能

在71℃65%RH的湿热环境下,对A-IX-II炸药压装药柱(Ф20mm×20mm)进行了52d老化实验,并对其体积、质量、密度、黏结剂、抗压强度进行了检测。结果表明:随着老化时间的延长,体积、密度和质量发生变化,52d时变化率分别为+2.0%、-2.0%和-0.09%,但药柱结构完整性没有被破坏;老化7d后黏结剂破碎,RDX和Al脱粘,导致抗压强度下降,力学性能是主要失效模式;抗压强度与老化时间有指数关系,以抗压强度下降20%为失效判据,按温度系数法预测常温25℃和20℃下65%RH环境中,A-IX-II药柱的使用寿命分别为24.2a和41.9a。