复合固体推进剂损伤行为的多尺度研究进展

从微观、细观、宏观尺度和跨尺度4个方面,对复合固体推进剂损伤行为的研究进展进行了梳理,重点综述了不同尺度下损伤的观测和表征方法、损伤阈值的确定方法、损伤演化模型的构建方法、损伤数值模拟方法及宏细观跨尺度分析方法,并在此基础上针对当前研究中存在的若干不足,展望了需进一步重点开展研究的方向：拓宽微观尺度上开展复合固体推进剂损伤行为数值模拟时考虑的影响因素的范围,并从多个方面加强与试验研究结论的验证;提高细观尺度上损伤观测试验的能力、损伤演化模型的表征水平和损伤数值模拟的计算精度;提高宏观尺度上损伤识别测试试验的检测精度、损伤阈值确定方法的精确性和损伤演化模型的预测能力;在形成微细宏观单一尺度上复合固体推进剂损伤行为研究的标准规范的基础上,进一步建立推进剂损伤行为跨尺度研究的理论方法体系。     

一种新型亚稳β钛合金热变形的本构模型(英文)

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度1023～1123K、应变速率63～0.001s-1下的等温热压缩流动应力曲线特征,构建能够完整描述该合金流动应力与应变、应变速率、变形温度之间关系的本构模型。在此过程中,通过基于统一黏塑形理论改进双曲正弦函数,构建合金在高应变速率(≥1s-1)下发生动态回复(DRV)的模型;通过对标准的Avrami方程进行简化,表征了Ti2448在低应变率(1s-1)下发生的动态再结晶(DRX)软化机制。最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定模型中的相关参数。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合得较好,能够有效预测Ti2448在热变形过程中的流动应力,为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

铝粉氧化对端羟基聚丁二烯界面吸附影响的分子模拟

为研究铝粉氧化对丁羟推进剂黏合剂界面吸附的影响,采用分子动力学方法和COMPASS力场,分别对端羟基聚丁二烯(HTPB)在Al和Al_2O_3不同晶面吸附进行了模拟计算,求得界面吸附能和静态力学性能(弹性系数、模量和泊松比),结合吸附能和径向分布函数揭示了界面相互作用本质.模拟结果表明,采用HTPB包覆后的Al和Al_2O_3刚度降低,弹性增强;HTPB在Al_2O_3的晶面吸附能远高于在Al晶面,HTPB与Al晶面只存在范德华力作用,而在Al_2O_3的界面吸附主要由静电作用引起.     

动态加载下HTPB复合固体推进剂双轴压缩试验件设计

为研究固体推进剂的动态双轴压缩力学性能,需确定与试验机、试验夹具相适配且满足双轴变形特性要求的推进剂试验件最优构型.基于有限元数值仿真计算,获得了双轴压缩加载下八种不同构型的三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂试验件变形的应力云图,并通过开展动态加载下对应推进剂试验件的力学性能试验对最优构型进行了验证.结果表明:小变形条件下(应变10％以内)所有试验件的应力云图均呈现整体均匀分布的特性,但长宽比大于1的试验件变形时不再满足平面应力状态的要求.选取平面应力平均值、平面应力离散度、整体应力稳定系数和应力集中系数作为推进剂试验件构型优化指标,对比分析得出边长为25 mm的正方体推进剂试验件为最优构型.最后,通过分析动态加载下双轴压缩试验获得的应力-应变曲线特性,验证了最优试验件构型设计的有效性.     

基于偏移面方法的界面推进及其应用

从广义惠更斯原理出发,构建基于偏移面方法的界面推进方法.该方法首先移动表面网格,通过求解每个网格点的法向位移和切向位移对每个点进行重构,在三维计算时由于不需要体网格,所以计算量小、效率高,并能解决含奇异点推进的真实复杂问题.利用该方法,对多种装药结构的固体火箭发动机三维燃面推进过程进行模拟,计算结果表明该方法具有较好的...     

基于无滑移边界条件的SPH方法研究

在回顾了SPH无滑移边界条件施加方法的基础上,针对Ellero等人提出的无滑移边界处理方法,结合两次导数求解粘性项,分析了利用该方法求解Poiseuille流模型时遇到的不稳定问题,包括数值误差引起的不稳定问题和边界粒子场变量更新方式引起的不稳定问题,提出了相应的解决方案并对其方法进行了一定的改进,获得了更加精确的计算结果。最后尝试了一种与改进边界处理方法等效的方法,并利用Poiseuille流模型进行了验证。     

国产HTPB复合固体推进剂Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂性能实验研究

采用WDN-10KN材料实验机对含Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的HTPB复合固体推进剂进行了拉伸速率为2mm.min-1的单轴拉伸试验,用摄像机记录了推进剂裂纹扩展至断裂的整个过程。得到了六种不同裂纹倾斜角下的力-变形曲线及裂纹扩展开裂角和断裂载荷。与T断裂准则、S断裂准则和σθ断裂准则进行比较,结果表明推进剂裂纹扩展开裂角与T断裂准则的数值计算结果较为接近,说明可以借助于T断裂准则对推进剂裂纹扩展的初始开裂角进行初步的理论预测。     

基于完全变光滑长度SPH方法的高能炸药爆轰过程数值试验

传统的网格方法在模拟高能炸药（HE）爆炸问题时常会出现网格扭曲等问题，光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics）方法是一种无网格纯Lagrangian粒子方法，非常适合求解这类问题。本文应用作者提出的完全变光滑长度SPH方法，修正了传统SPH法中由于变光滑长度效应所造成的计算误差，其在模拟密度等物理参量变化梯度剧烈的问题时比传统SPH法具有更高精度和稳定性；针对一维TNT板条爆轰过程和三维TNT聚能装药的爆轰过程两个算例进行了数值试验，并与已有的传统SPH法数值模拟结果及理论解进行了对比。结果表明，算例一说明该方法较传统SPH法在模拟此类问题时具有更高精度，比传统方法计算的CJ参数更接近理论值，验证了该方法在爆轰过程模拟的有效性；算例二说明该方法成功地进行了三维TNT聚能装药的爆轰过程数值试验，获得了爆轰产物气流的传播特性和喷射规律并符合爆炸理论。     

HTPB推进剂组分溶度参数的分子模拟研究

采用无定形动力学(amorphous cell dynamics,ACD)方法、Synthia方法和Blend方法,对端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂及其常用的增塑剂、固化剂组分的溶度参数进行了模拟计算,对组分间的相溶性进行了判断.结果表明: ACD方法可以定性的模拟组分的溶度参数,Synthia方法则能够定量模拟组分的溶度参数,Blend方法可以定性直观展示组份间的相溶性及温度、摩尔含量的影响;几种方法模拟结论与实验基本吻合.常用的增塑剂满足HTPB体系相溶性要求,固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氮丙啶三(-2甲基氮丙啶-1)氧化磷(MAPO)与HTPB相溶性好于甲苯二异氰酸酯(TDI)及六次甲基二异氰酸酯(HDI),相溶性对固化效果有一定影响.计算了几种含能增塑剂与HTPB的相溶性,结果不太理想.     

NEPE推进剂老化性能的动态力学表征

采用动态热机械分析仪(DMA)测定了老化后NEPE推进剂的动态力学性能,表征了其在75℃下的热老化特性。结果显示,NEPE推进剂的损耗因子温度谱曲线在低温段只存在一个单峰(玻璃化转变峰),损耗因子tanδ的峰值随老化时间和测试频率的增加而增大,且峰温上升;增塑剂含量对tanδ峰值的影响因贮存条件而异,密封贮存老化条件下tanδ峰值随增塑剂含量的减少而增大。