從細(xì)觀損傷、宏觀損傷、損傷模型三方面,對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱低溫?fù)p傷的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,并對(duì)下一步的研究方向和重點(diǎn)提出建議。目前,用于宏細(xì)觀損傷分析的固體推進(jìn)劑本構(gòu)模型考慮了溫度和應(yīng)變率的影響,但在引入圍壓條件后,推進(jìn)劑的力學(xué)性能發(fā)生顯著變化,其抗拉強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和初始模量有顯著提升,而最大伸長(zhǎng)率則顯著降低,考慮圍壓因素的本構(gòu)模型研究未來(lái)將成為重點(diǎn);固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)低溫點(diǎn)火升壓的多載荷條件下?lián)p傷產(chǎn)生和演化過(guò)程已有很多的研究,但對(duì)"脫濕"損傷、基體損傷和顆粒斷裂損傷發(fā)生的時(shí)機(jī)和機(jī)理尚為形成統(tǒng)一理論;損傷模型大多是基于試驗(yàn)結(jié)果的唯象模型,未來(lái)可借助新的試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)新的試驗(yàn)方法,對(duì)細(xì)觀尺度的損傷進(jìn)行研究,從而建立基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷模型。 

【文章來(lái)源】：固體火箭技術(shù). 2020,43(06)北大核心CSCD

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推進(jìn)劑試件斷面顯微圖片

圖1 推進(jìn)劑試件斷面顯微圖片國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)在顆粒與基體界面處引入內(nèi)聚力模型來(lái)表征粘接界面單元[6-9]，內(nèi)聚力模型假設(shè)材料是由基本單元通過(guò)虛擬的粘結(jié)面粘接而成，材料的物理斷裂和損傷只存在于虛構(gòu)的粘結(jié)面上，位于粘結(jié)面外的材料單元不會(huì)發(fā)生損傷和斷裂，虛構(gòu)的粘結(jié)面由上下兩個(gè)初始位置重疊的表面組成，常見(jiàn)的內(nèi)聚力模型有雙線性?xún)?nèi)聚力模型和指數(shù)型內(nèi)聚力模型等，雙線性模型即達(dá)到最大應(yīng)力前的未損傷段和開(kāi)始損傷后的軟化段進(jìn)程都是線性的，而指數(shù)型內(nèi)聚力模型的損傷以指數(shù)函數(shù)的規(guī)律演化。

賴(lài)建偉等[14]在不同溫度下對(duì)HTPB推進(jìn)劑進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，并通過(guò)掃描電鏡對(duì)拉伸破壞時(shí)形成的斷裂面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)-10℃時(shí)斷面主要表現(xiàn)為顆粒裸露，即發(fā)生"脫濕"損傷;-50℃時(shí)主要表現(xiàn)為顆粒脆斷和基體斷裂。認(rèn)為低溫條件下基體和顆粒發(fā)生脆變，且溫度越低脆性越大，容易發(fā)生脆斷。王哲君等[15]在賴(lài)建偉的研究基礎(chǔ)上，在-40℃低溫條件下分別進(jìn)行了低應(yīng)變率和高應(yīng)變率的單軸拉伸試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在低應(yīng)變率下與賴(lài)建偉結(jié)論相同;而在高應(yīng)變率下不同，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)了“雙峰”的平臺(tái)區(qū)(圖3)，且隨著溫度的降低和應(yīng)變率的增高，“雙峰”的特征更加明顯。在低溫和高應(yīng)變率進(jìn)行雙因素方差分析之后認(rèn)為，低溫高應(yīng)變率條件下，溫度是影響推進(jìn)劑損傷的主要原因，而應(yīng)變率則主要表現(xiàn)影響的強(qiáng)弱。為進(jìn)一步研究“雙峰”出現(xiàn)的機(jī)理，職世君等[16]在前者的研究基礎(chǔ)上建立了細(xì)觀模型，對(duì)低溫不同應(yīng)變率條件下推進(jìn)劑細(xì)觀損傷進(jìn)行了仿真，發(fā)現(xiàn)高應(yīng)變率條件下發(fā)生損傷的界面數(shù)量多于低應(yīng)變率條件下，應(yīng)變率越大，發(fā)生損傷的界面數(shù)量越多，但損傷程度越小，達(dá)到某一臨界值時(shí)，可能會(huì)使推進(jìn)劑剛度突然下降，從而形成“雙峰”中的第一個(gè)峰，應(yīng)變率越高，第一個(gè)峰對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱�。隨著應(yīng)變?cè)龃髶p傷擴(kuò)展，同時(shí)伴隨著基體的損傷發(fā)生，最終導(dǎo)致藥柱斷裂，形成第二個(gè)峰。認(rèn)為高應(yīng)變率可推遲脫濕損傷的擴(kuò)展演化，當(dāng)應(yīng)變率足夠高時(shí)，藥柱會(huì)直接斷裂，不會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)峰。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]復(fù)合固體推進(jìn)劑粘彈損傷本構(gòu)模型的細(xì)觀力學(xué)研究[D]. 彭威.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2001



本文編號(hào)：3547359