固体推进剂药柱裂纹扩展分析

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1、硕士学位论文固体推进剂药柱裂纹扩展分析THEANALYSISONCRACKGROWTHOFSOLIDPROPELLANT吕志哈尔滨工业大学2012年12月国内图书分类号：V11学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文固体推进剂药柱裂纹扩展分析硕士研究生：吕志导师：张莉教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天科学与力学系答辩日期：2013年1月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TM631+.2U.D.C.：621.3DissertationfortheMasterDegreeinEng

2、ineeringTHEANALYSISONCRACKGROWTHOFSOLIDPROPELLANTCandidate：LvZhiSupervisor：Prof.ZhangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：DepartmentofAerospaceEngineeringandMechanics,SchoolofAstronauticsDateofDefence：January,2013Degree-Conferring

3、-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文针对固体火箭推进剂在温度载荷和点火所产生的内压载荷作用下药柱内表面裂纹的产生和扩展以及脱粘情况进行了研究。目前，固体火箭发动机广泛的应用丁羟（HTPB）推进剂。HTPB复合推进剂属于典型的粘弹性材料，它的断裂会导致燃料燃烧异常，使燃烧室的内压增大，使发动机不能正常工作，有时会导致火箭发动机炸毁。所以，对HTPB复合推进剂药柱的力学性能分析，特别是断裂性能分析非常重要。首先，本文简要的介绍了HTPB复合推进剂的粘弹性力学的基础知识，

4、并通过准静态分析模拟了推进剂材料的力学松弛现象，给出了本次研究所使用的材料属性。其次，利用有限元法反推出推进剂材料的断裂准则，验证了扩展有限元（XFEM）应用于推进剂材料的可行性。再次，建立了不含裂纹的五角星型药柱模型，计算药柱的危险点并使用有限元法对含初始裂纹五角星型药柱的固化降温过程进行分析，计算出裂纹各参数的变化情况以及推进剂药柱的脱粘情况。最后使用扩展有限元法对含初始裂纹的药柱在内压载荷作用下裂纹的扩展情况进行分析，并针对推进剂的材料特性计算出不含初始裂纹的药柱产生裂纹的内压临界值，以及在此条件下裂纹的扩展情况。通过上述内容计算对比了有限

5、元法和扩展有限元法，分析其各自的优缺点。本文的研究内容为固体推进剂药柱的断裂行为分析提供了一定的参考价值，并为其在工程实际中的应用提供指导作用。关键词：HTPB复合推进剂；脱粘；裂纹扩展；有限元；扩展有限元I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThispaperpresentsthestudiesonthesolidrocketpropellantgraininnersurfacecracksandexpansion,aswellasgraindebondingsituationintheeffectoftemperatureloada

6、ndinternalpressureloadscausedbypropellantignition.Currently,HTPBpropellantsarewidlyappliedinsolidrocketmotor.HTPBcompositepropellantisakindoftypicalviscoelasticmaterials.ThefractureofHTPBcompositepropellantwillleadtoabnormalfuelcombustion,increasedpressurewithinthecombustionc

7、hamber,theengineisnotworkingproperly,orevensometimesleadtotherocketengineblowingup.Therefore,themechanicalanalysisofHTPBpropellantgrain,especiallyfractureanalysisareveryimportant.First,abriefintroductionofthebasicsofHTPBcompositepropellantviscoelasticityispresentedaswellasthe

8、simulationofthemechanicalrelaxationphenomenonofthepropellantmaterial