cc扩张段材料参数敏感性分析与可靠性研究

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1、硕士学位论文C/C扩张段材料参数敏感性分析与可靠性研究RELIABILITYRESEARCHANDSENSITIVITYANALYSISFORCARBON/CARBONEXITCONE'SMATERIALPARAMETERS彭焘哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V438+.4学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工程硕士学位论文C/C扩张段材料参数敏感性分析与可靠性研究硕士研究生：彭焘导师：杜善义申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:V438+.4U.D.C:530DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRELIABILITYRESEARCHANDSENSITIVITYANALYSISFORCARBON/CARBONEXITCONE'SMATERIALPARAMETERSCandidate：PengTaoSupervisor：NA.DuShanyiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliati

3、on：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要固体火箭发动机喷管的服役环境十分复杂，在发动机工作时要承受高温高压的热环境。由于C/C复合材料具有质量轻、强度高、烧蚀率低、抗热冲击性好等优点，因此在喷管中得到了广泛的应用。但是发动机扩张段的结构涉及多种材料体系，结构十分复杂，服役环境极为恶劣，特别是复合材料的性能离散性，使得C/C扩张段可能面临多种失效模式。

4、本文以固体火箭发动机扩张段结构为研究对象，运用不同量化模型处理材料的不确定性参数，通过实验准确测试了扩张段界面失效的准确数据，基于建立的数值分析模型，研究了不同量化模型对扩张段可靠性与灵敏度的影响规律。论文的主要工作如下：（1）设计常温下的剪切实验，验证了界面胶层在破坏之前具有良好的可重复性，并获得了界面胶层的剪切破坏强度；通过设计高温剪切实验，获得了界面胶层的临界破坏温度；通过设计近似传热验证实验，并与数值模拟相结合，验证了传热模型的正确性。并结合实测的材料不确定性参数、边界条件等数据，建立高精度的喷管结构热分析模型。（2）利用建立好的喷管

5、热结构模型，对材料性能输入参数均为均值时的情况，进行数值模拟分析，利用第一强度理论作为失效准则，得出扩张段结构可能的失效模式有三种：轴向压应力破坏、环向压应力破坏、层间剪切应力破坏。（3）利用拉丁超立方抽样法，获取材料输入参数组合，经过有限元计算得到对应的响应值，通过高阶拟合得到三种失效模式下的响应面。利用概率模型与非概率模型对不确定性材料参数进行量化表征，确定材料参数的变化范围。（4）基于得到的响应面，计算不同失效模式下不同量化表征方法的可靠度，并对不同的量化表征方法所得可靠度进行对比分析。然后计算不同失效模式下不同量化表征方法的灵敏度。并

6、得出热膨胀是影响轴向、环向、层间应力最为显著的因素。关键词：C/C扩张段；可靠性分析；灵敏度分析；非概率模型；不确定性-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractTheserviceenvironmentofsolidrocketnozzleisverycomplexity,duringtheoperationofthenozzle,itsufferhightemperatureandhighpressure.Carbon/Carbonexitcone,whichhasaseriesofexcellentperformancesoflig

7、htweight,highstrength,lowablativity,goodthermalshockresistanceandsoon,wereappliedinthenozzlewidely.Butthenozzleinvolvesvariousmaterialsystems,thestructureisverycomplicated.Theharshserviceenvironmentofsolidrocketnozzle,especiallythediscretematerialparametersofcomposites,make

8、stheexitconemayhaveseveralkindsofprimaryinvalidationmodes.Inthispaper,weusethesoli