中间相对推进剂/衬层粘接系统力学性能的影响

为研究固体火箭发动机推进剂/衬层粘接界面层的作用特点,以推进剂/衬层粘接试件为例,采用二维粘弹性有限元方法,探讨不同中间相厚度、模量、泊松比时粘接系统的结构响应。结果表明:中间相模量越大,推进剂的应力集中现象越显著;随着中间相厚度的增加,推进剂的应力集中程度明显减弱;中间相的泊松比对粘接系统的应力影响较小。研究结果为界面设计提供依据。     

环境温度作用下固体火箭发动机药柱的累积损伤规律

应用三维热粘弹性有限元分析方法,计算了固体火箭发动机星型药柱在环境温度载荷作用下的温度场和热应力场。应用线性累积损伤模型,计算了不同环境温度载荷作用下药柱的累积损伤。结果表明,在不同应力水平下,推进剂的累积损伤基本符合线性累积损伤规律。星尖处的应力最大,是发动机药柱容易失效的部位。推进剂在长期热应力作用下的累积损伤不仅由应力决定,时温转换因子也是十分重要的因素。     

基于SEM原位拉伸的HTPB推进剂/衬层粘接界面破坏过程分析

采用扫描电镜(SEM)原位拉伸试验系统对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面试件拉伸破坏过程进行了观察,实时采集了界面变形破坏过程的SEM图像,结合粘接界面的宏观应力-应变曲线,分析其在拉伸过程中细观变形破坏机理。结果表明:推进剂/衬层粘接界面拉伸的过程可以分为斜率较大的线性段(应变为0~5%)、斜率较小的线性段(应变为5%~25%)、非线性段(应变为25%~29%)和破坏段(应变为29%~35%)四个阶段,且验证试验所用试件的推进剂/衬层粘接界面分别在应变为25%和30%达到极限应力。研究发现试件内部颗粒的脱湿和基体间的脱粘是导致其力学性能变化及失效的主要原因,同时,可用推进剂相颗粒脱湿尺寸随应变的变化表现粘结界面失效的变化规律:脱湿尺寸随应变线性增大表示粘接界面还未破坏,当脱湿尺寸增大速率减小或不增大时,表示粘接界面已经破坏。     

复合推进剂紧凑拉伸试件动态观察试验与变形场测量

对复合固体推进剂紧凑拉伸试件进行了拉伸动态观察试验,获得其变形过程的图片序列,采用数字图像相关方法得到了不同拉伸位移下裂纹尖端附近位移场及应变场。结果表明:采用数字图像相关方法可有效获取裂纹尖端的位移场和应变场以及它们的变化规律,为复合推进剂的变形破坏分析和数值模拟结果验证提供基础数据。     

应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能及耗散特性的影响

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单向拉伸法研究了应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能的影响,并基于耗散能方法分析了其在机械载荷作用下的耗散特性。结果表明,推进剂力学性能有明显的应变率相关性,抗拉强度、伸长率等与应变率的对数成线性增加关系;不同的应变控制也影响推进剂的力学性能;应变率和应变控制对推进剂试件的耗散能有较大的影响,耗散能与应变率的对数也成线性关系。     

卧式离心机高含水率盾构泥浆絮凝剂比选及现场应用

以济南市济泺路穿黄隧道工程为背景,针对现场泥浆粘粒含量高、不易处理的问题,选用不同分子量的阴离子型聚丙烯酰胺对泥浆开展絮凝沉降试验,并进行比选分析。最终选取分子量为1200万的阴离子型聚丙烯酰胺应用于卧式螺旋式离心机,根据离心出渣土含水率调整离心机转毂转速为1500r/min,以达到最佳效果。     

基于内聚力界面脱黏的复合固体推进剂力学性能研究

基于内聚力界面黏结模型,用Mori-Tanaka方法研究了非线性界面脱黏对推进剂力学性能的影响。仿真计算结果表明,内聚力脱黏模型能模拟推进剂颗粒与基体的脱黏过程;推进剂中颗粒的尺寸、体积分数以及颗粒与基体界面最大黏结应力对推进剂的力学性能有明显影响。     

固体火箭发动机粘接界面力学性能的有限元计算及参数分析

基于界面粘接模型假设,采用界面共节点有限元分析方法,计算了粘接系统的应力与应变分布,探讨了各层材料性能参数和结构参数对粘接系统力学性能的影响。结果表明,随着衬层弹性模量增加,应力集中程度严重;绝热层的弹性模量对粘接系统的力学性能影响很小,衬层厚度对应力、应变的分布基本没影响;中间相模量和厚度是影响界面粘接质量的主要因素。高的中间相弹性模量和厚度会使应力集中程度增强,使粘接破坏更趋于内聚破坏而不是界面破坏。合理的中间相参数可改善粘接系统的粘接质量。     

固体火箭发动机粘接界面变形破坏的细观试验与数值模拟

采用扫描电镜原位拉伸试验观察固体火箭发动机粘接界面试件在拉伸过程的变形和破坏过程,分析了载荷作用下界面失效模式和机理;依据粘接界面细观结构,建立了界面的细观数值模型,考虑了其细观损伤特点,在推进剂内部颗粒与基体之间以及推进剂/衬层之间引入界面元,对界面细观变形和破坏过程进行了数值模拟。结果表明,在外界应变5%时,表现为非均质材料内部应力分布不均,随应变的增加,推进剂内部脱湿形成的微孔洞不断扩展,最终导致界面破坏,界面拉伸失效过程表现为损伤的起裂和扩展,是推进剂内部脱湿和粘接界面脱粘共同作用的结果;界面元能有效地模拟粘接界面的脱粘过程,细观数值计算结果与试验结果吻合,正确反映了粘接界面在拉伸过程中细观损伤萌生与扩展的规律。     

基于SEM与数字图像相关方法的HTPB推进剂裂尖扩展过程分析

为了从细观角度获得端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂裂纹的扩展特性并分析裂纹的细观破坏机理,通过原位扫描电镜(SEM)对HTPB推进剂三点弯试验裂纹尖端损伤及扩展过程进行了观察,获得了不同变形阶段的裂纹扩展变形形貌,并采用数字图像相关方法分析了图片序列,获得了推进剂裂纹尖端变形场。结果表明,随着推进剂裂纹的不断张开,当挤压位移达到1mm时,裂尖附近应变极值为0.3474,固体颗粒出现脱湿现象,颗粒周边基体受到了较大的应变作用;当挤压位移为2.5mm时,应变极值达0.4168,颗粒和基体界面产生的微裂纹与主裂纹汇聚导致裂纹的扩展。数字图像相关方法和扫描电镜相结合,可用于推进剂在细观尺度下的变形场测量与裂尖扩展过程的破坏机理分析。