应力松弛模量与复模量转换计算的工程方法

现有的动静态力学特性转换公式，对固体推进剂因计算误差太大而不适用。本文对3种丁羟复合推进剂进行了静态和动态力学性能实验，通过对静态和动态力学特性相互转换关系的推导、分析、计算和修正，提出了适用于固体推进剂装药的静态应力松弛模量和动态复模量相互转换计算的工程方法和计算公式。     

固体推进剂体积松弛模量的数值解法

以粘弹理论为基础，采用拉氏逆变换和数值积分的方法，推导出由拉伸松弛模量Ｅ（ｔ）、静态粘弹泊松比υ（ｔ）计算固体推进剂体积松弛模量Ｋ（ｔ）的计算公式和数值解法。计算结果表明，由该方法计算的Ｋ（ｔ）值与实验得到的Ｋ（ｔ）值一致，且该方法简单，实用，方便，精度高。     

基于单胞体模型的复合固体推进剂松弛模量衰减过程数值模拟

为研究复合固体推进剂松弛模量的衰减,依据复合固体推进剂组分建立单胞体模型。根据复合固体推进剂5%定应变下的松弛模量,利用有限元计算方法和均匀化理论对基体材料的松弛模量进行参数反演。在此基础上,研究了复合固体推进剂单胞体模型在不同定应变水平下的松弛模量,并计算了单胞体模型的拉伸过程。根据Boltzmann叠加原理及广义胡克定律计算了单胞体模型拉伸过程中松弛模量的变化。结果表明,复合固体推进剂松弛模量有明显的应变相关性,并且在拉伸过程中模量的衰减与载荷历程相关。     

基于遗传算法的复合推进剂粘弹性本构参数研究

为了准确地获得HTPB复合固体推进剂的粘弹性本构参数,研究了基于遗传算法的全加载历程松弛模量获取方法。利用DMA实验机系统进行了HTPB复合固体推进剂试件的松弛实验,分别使用传统计算方法和遗传算法获得了HTPB推进剂的松弛模量数据。将该结果应用于真实松弛实验的加载过程中,结果表明:传统方法忽略了实验过程中的加载阶段,计算得到的松弛模量小于实验值; 而基于遗传算法得到的松弛模量,精确度较高,是获取复合固体推进剂松弛模量一种较好的方法。     

构建AP-HTPB固体推进剂松弛模量主曲线的不同方法（英）

分析了建立高氯酸铵-端羟基聚丁二烯(AP-HTPB)固体推进剂松弛模量主曲线的三种不同方法(Williams-Landel-Ferry(WLF)方法、Arrhenius方法和基本的时间-温度叠加(TTS)方法).通过不同温度(-40,+20,+76℃)和10%常应变下1380 s的应力松弛试验得到了复合固体推进剂松弛模量.通过评估松弛模量,给出转移因子和松弛模量主曲线,最后通过确定系数(R2)得出了最佳的拟合方法.结果表明,基本TTS方法可给出最佳拟合曲线,因为该方法不依赖外部材料常数和应用中的经验方程,而且该方法可以适用于任何黏弹性材料.但是,在应用有限元软件时,经常要求用材料常数来定义非线性黏弹性材料模型,这种情况下,目前研究结果表明,当给出合适的常数后,WLF和Arrhenius两种方法均可给出满意的结果,而且WLF方法更为准确,因此在AP-HTPB固体推进剂有限元分析中倾向于采用这种方法.     

固体推进剂黏弹性参数的确定及细观损伤演化

固体推进剂力学模型参数的准确性对其宏观力学响应预测具有重要的意义,为解耦标定固体推进剂非线性黏弹性模型参数,提出一种基于台阶应力松弛试验的模型参数确定方法。通过台阶应力松弛平衡响应确定固体推进剂弹性部分参数,通过小变形下的应力松弛确定无量纲松弛模量,分析一种固体推进剂力学响应。研究结果表明：固体推进剂在台阶应力松弛及单轴拉伸条件下的力学性能预测结果与试验结果吻合,验证了所提方法的有效性;由于平衡响应包含损伤,采用该方法标定的参数可用于预测含损伤固体推进剂力学响应。在此基础上,提出一种基于推进剂模型参数标定等效黏合剂力学参数的方法,并通过引入基于黏弹性脱湿准则的相界面模型建立代表性体积单元计算模型,实现在宽应变(～100%)范围内推进剂脱湿损伤分析,为推进剂宏观力学性能预测及细观损伤演化分析提供了支撑。     

某型复合固体推进剂-40℃条件下准静态力学性能仿真

为了研究某型复合固体推进剂在低温（-40℃）时的准静态力学性能,采用有限元方法,对该复合固体推进剂低速单轴拉伸实验进行了简化和仿真。根据实验数据拟合朱王唐非线性黏弹性本构方程各未知参量,计算过程中采用修正Newton迭代法结合加速收敛技术来解决大变形问题。将仿真结果与实验结果进行对比后表明：二者吻合较好;通过数学方法修正朱王唐非线性黏弹性本构方程,可表征低温下复合固体推进剂的准静态力学性能,为进一步研究低温下复合固体推进剂的动态黏弹特性提供了依据。     

构建AP-HTPB固体推进剂松弛模量主曲线的不同方法（英文）

分析了建立高氯酸铵-端羟基聚丁二烯(AP-HTPB)固体推进剂松弛模量主曲线的三种不同方法(Williams-Landel-Ferry(WLF)方法、Arrhenius方法和基本的时间-温度叠加(TTS)方法)。通过不同温度(-40,+20,+76℃)和10%常应变下1380s的应力松弛试验得到了复合固体推进剂松弛模量。通过评估松弛模量,给出转移因子和松弛模量主曲线,最后通过确定系数(R~2)得出了最佳的拟合方法。结果表明,基本TTS方法可给出最佳拟合曲线,因为该方法不依赖外部材料常数和应用中的经验方程,而且该方法可以适用于任何黏弹性材料。但是,在应用有限元软件时,经常要求用材料常数来定义非线性黏弹性材料模型,这种情况下,目前研究结果表明,当给出合适的常数后,WLF和Arrhenius两种方法均可给出满意的结果,而且WLF方法更为准确,因此在AP-HTPB固体推进剂有限元分析中倾向于采用这种方法。     

固体火箭发动机撞击临界速度及影响因素分析计算

以机械撞击载荷下固体推进剂裂纹摩擦热点细观模型为基础，结合热粘弹理论和动力有限元法，分析计算发动机结构撞击变形及装药内部热点形成，确定产生高温热点撞击临界速度。分析计算了小型试验发动机撞击临界速度，研究讨论了推进剂力学及理化特性变化对撞击临界速度的影响。     

动态燃速辨识及其实验发动机设计

提出了用参数辨识和一台动态燃速实验发动机确定推进剂动态燃速的方法,用该方法对气象探测火箭固体推进剂燃速特性进行了实验测定和计算,该方法有效降低了实验成本和周期,可推广应用于其它类型发动机的研制。     

粘弹性材料剪切模量松弛函数的拟合研究

粘弹性材料进行有限元分析时,须有其粘弹性物理模型特征参数。采用数值拟合法,对粘弹材料肋软骨,推导了模型简化下归一化实验曲线与广义Maxwell模型的关系,实现了实验曲线与广义Maxwell模型的拟合,得到了肋软骨材料用于粘弹性有限元分析的Maxwell模型参数。仿真验证表明曲线的拟合度很高。     

丁羟复合推进剂粘弹力学特性主曲线

本文通过动态力学试验和计算机数据图形处理,给出一种丁羟复合推进剂的复模量E~*(ωα_T)、贮存模量F′(ωα_T)、损耗模量E″(ωα_T)、应力松弛模量E(t/α_T)和蠕变柔量D(t/α_T)主曲线及其数学表达式。     

基于纳米压痕方式测定PBX的弹性模量

介绍了纳米压痕方式测定塑料粘结炸药弹性模量的理论和实验方法。选取以HMX的为基的模压塑料粘结炸药(PBX)的柱形(Φ20 mm×4 mm)样品,在其表面进行4×4(间距为10μm)点阵压痕实验,测定出该炸药在16个不同位置的弹性模量值。实验表明该型PBX模量值随着压入深度以及压痕位置发生变化。在压入深度为270~750 nm之间的模量测定值较高,而在压入深度超过750 nm后,模量值趋于稳定,测定值为6 GPa,接近于传统方法的测量值。     

圆柱形破片形状系数研究

衰减系数直接关系到破片能否对目标进行有效的毁伤,而形状系数对衰减系数有很大的影响.当圆柱形破片在空中飞散时,迎风面积随机变化,导致圆柱形破片的形状系数不再是单一的值,而是一个范围,因此必须对已有的圆柱形破片的形状系数进行修正,才能更准确的预测圆柱形破片在空中的速度衰减.文中在试验的基础上,详细的对不同尺寸不同材质的圆柱形破片的形状系数进行了分析,并进行了修正,通过计算值与试验测得的数据进行比较,说明该修正系数可以应用于工程实践中.     

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.     

强背景噪声下的小波熵模极大值消噪方法

针对矿井提升机特征信号在强非平稳和强噪声背景下难以有效提取的问题,结合小波能量熵理论与小波模极大值的奇异性理论,提出一种有效的强背景噪声下提升机信号消噪方法。该方法利用信息熵能定量描述时-频域能量概率分布的特性,采用小波熵自适应确定噪声阈值,有效去除随小波分解尺度增大而不断减小的小波模极大值,保留随尺度增大而增大的模极大值,并重构经有效过滤的剩余小波模极大值,实现强背景噪声下噪声信号与真实信号的有效分离。通过对仿真信号和提升机实测信号的应用,表明了该方法消噪效果明显,消噪数据可靠,提高了强背景噪声下提升机故障诊断的数据可靠性。     

双基发射药黏弹特性与本构模型研究

为研究双基发射药的黏弹性和力学响应特点，对双基发射药开展了黏弹特性与本构方程研究。通过拉伸、压缩、断面观察和应力松弛实验研究，明确了双基发射药的黏弹性质；然后以Reduced Polynomial （N=5）模型和Prony级数建立了双基发射药的超弹-黏弹模型，利用实验数据获取了模型参数；最后对所建立的双基发射药超弹-黏弹模型进行了验证。结果表明，双基发射药超弹本构模型对单轴拉伸应力应变的仿真结果与实验结果之间的误差不高于5.01%，超弹-黏弹本构模型对应力松弛的仿真结果与实验结果之间的误差不超过6.49%，说明建立的双基发射药超弹-黏弹本构模型能够较好地描述双基发射药的力学特性，能够为发射药力学性能研究提供重要的研究方法和仿真手段。