复杂型面固体装药结构的快速建模技术

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1、第42卷第1期2012年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．1Jan．2012复杂型面固体装药结构的快速建模技术张晓宏1，郑晓亚2，李宏岩1，王中1(1．西安近代化学研究所，陕西西安710065；2．西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：高质量的有限元网格是保证计算精度的前提和基础。固体装药结构型面极其复杂，这给有限元的离散带来了很大的困难，为此需要开展快速建模技术研究。快速建模思想是针对固体装药结构具有循环对称的特点。基于CAE软件，对于其中子结构将其分割成具有单一几何拓扑型式的组合体，方便地实现拉伸、映射或者

2、扫掠操作。获得精度较高的结构化网格。针对某一典型星形内孔固体装药结构，详细阐述了快速建模的核心技术，数值模拟了固化降温过程中固体装药结构的应力应变场特征。快速建模技术对于其他类似的固体装药结构有限元离散具有很好的借鉴和参考价值。关键词：固体装药；快速建模；有限元离散；结构化网格中图分类号：0242．21文献标识码：A文章编号：1671．654X(2012)01—0032．03RapidModelingTechnologyonSolidPropellantGrainStructurewithComplexGeometryZHANGXiao—hon91，ZHENGXiao．ya2，LI

3、Hong—yanl，WANGZhon91(1．Xi’anModernChemistryResearchInstitute，Xi’an710065，China；2．School旷Astronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi7an710072，China)Abstract：Computationprecisionisbasedonhigh-qualitygrid．Solidpropellantgrainstructureismostcomplexandbringsadifficultproblemonfiniteelementd

4、iscreteness．Therefore，rapidmodelingtechnolo·gYshouldbestudied．Becausesolidpropellantgrainstructurewascyclic—symmetry，substructurecouldbedividedupintocombinationswhichmadeupofmanysingletopologygeometriesbyCAEsoftware．Be-sides，anygeometrycouldbeeasilyrealizeoperationssuchastension，mappingandswee

5、ping，thena—chievedhigh-qualitystructuregrid．Aimingatatypicalstar·shapedgrain，thepaperintroducedrapidmodelingtechnologyindetailandsimulatedstressandstrainfieldsduringcooldownexperiment．Thepres—entedrapidmodelingtechnologyoffersvaluablereferenceforothersolidpropellantgrainstructures．Keywords：sol

6、idpropellantgrainstructure；rapidmodeling；finiteelementdiscreteness；structuregrid引言固体装药结构完整性是影响固体火箭发动机安全可靠工作以及寿命的重要因素，其结构完整性问题成为同体推进技术领域关注的重点问题之一。国内外针对固体装药结构完整性开展了大量的数值计算工作‘1—3

7、。现在使用的发动机推进剂型面十分复杂，存在着大量的星孔、沟槽，没有唯一的结构拓扑型式，这就给有限元离散带来了很大的难题，难以获取高质量、高精度的计算网格。现有的文献中对于复杂型面的固体装药结构有限元离散中大多采用四面体网格c4。]，这种

8、处理方法大大增加了有限元计算规模，并且四面体网格精度远低于六面体网格，并不适合模拟高应力应变区。作者在开展了大量的同体装药结构完整性计算基础之上，摸索出了复杂型面同体装药有限元离散的技巧，总结出复杂型面固体装药结构的快速建模技术，可以方便地应用于与文中案例类似的固体装药结构中。1自由装填式固体装药结构1．1物理模型自由装填式同体装药结构是由燃烧室壳体、包覆层以及推进剂组合而成，结构示意图如图1所示。不论是自由装填式同体装药还是贴壁浇注式同体装药，从有限元离散角度来讲，