《温度冲击对推进剂药柱的损伤分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度冲击对推进剂药柱的损伤分析（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、温度冲击对推进剂药柱的损伤分析摘要：采用有限元的分析方法，用热粘弹性模型计算了某型固体火箭发动机 在温度载荷作用下的应力场，并计算了推进剂药柱的累积损伤。结果表明，在温 度载荷作用下，推进剂药柱内部的应力不断变化，应力危险点为中心位置，随着 内部应力的不断交替，推进剂药柱产生累积损伤。关键词：推进剂药柱；温度载荷；应力场；损伤1 引言固体火箭发动机是火箭、弹药等航空航天飞行器的动力装置，作为火箭和弹 药武器的重要组成部分，其安全性的分析是非常重要的。药柱在生产、贮存和使 用过程中，要经历不同的温度环境，可能使其性能发生一定程度的变化，从而影 响发动机的工作性能。因此，研究固体火箭发动机药柱在不
2、同温度环境条件下的 累积损伤，可为固体火箭发动机的贮存和使用寿命预估提供支持1。本文以某型固体火箭发动机为例，建立计算模型。该固体火箭发动机为自由 装填式发动机，药柱为抗压强度较高的双基推进剂。由于材料的线膨胀系数不同 温度冲击时会产生热应力和热应变，有可能在药柱内形成裂纹，或使裂纹进一步 扩展。本文利用有限元方法计算某型固体火箭发动机药柱在变温环境下的应力响 应，分析药柱的应力应变，计算累积损伤。2 有限元计算与分析2.1 有限元模型固体火箭发动机主要由壳体、包覆层、药柱组成，壳体和包覆层对药柱在温 度载荷条件下的应力、应变影响可以忽略，故温度载荷计算中可不考虑壳体和包 覆层模型，对药柱进行
3、三维建模，考虑结构的对称性，建立四分之一模型。药柱 模型及网格划分如图 1 所示。图 1 推进剂药柱有限元模型药柱材料为双基推进剂，密度1641kg/m3,弹性模量184.9MPa,热膨胀系数 2.28X10-4，泊松比 0.495,导热系数 0.56W/m K,比热容 1151J/(kg K)。2.2 热粘弹性模型推进剂是粘弹性材料，零应力温度为60C,其常温20C松弛模量的Prony 级数表示为2:L 38+2.3244c ” + 口 豳皤心-C1E 血訂超+ 0.599 凹固体火箭发动机药柱的积分型粘弹本构关系为3:推进剂时-温等效因子由W.F.L方程表示为:3 计算结果3.1 温度载荷
4、加载温度载荷为：温度由60C降到-55C,转换时间不大于5min，每个温度点 保持24h，同时在温度载荷计算中考虑了药柱自身重力。3.2 计算结果及分析图2为温度冲击结束时固体火箭发动机药柱的应力分布，从图中可看出，药 柱内部的应力不断变化，应力危险点为中心位置。通过对比药柱温度从60C降 到-55C的变形量可知，药柱结构整体变形趋势为自由端收缩，轴向总变形为 19.4mm。图 3 为应变云图，从图中可看出，药柱应变主要发生在药柱主体机构，但整体应变较小，最大压应变为 0.12%。图 3 应变云图温度冲击过程中药柱应力而产生的累积损伤如图4所示，从图中可看出，温 度的冲击作用使药柱产生了冲击应
5、力，导致药柱产生累积损伤，且损伤不断增大 经过5个循环后的温度冲击，导致的损伤为1.2%。1.21.00.60.60.40.20.0荷difd二f国州-K屬图 4 温度冲击过程中药柱应力和累积损伤关系4 总结采用仿真方法研究了某型固体火箭发动机药柱在温度冲击作用下的应力和累 积损伤，在外界温度冲击作用下，随着内部应力的不断交替，药柱产生累积损伤 温度由60C降到-55C后，药柱自由收缩，但整体应变较小。由此可认为，热 应力长期作用，可能导致推进剂药柱的力学性能产生劣变。参考文献：1 袁端才，雷勇军，唐国金，等.长期贮存的固体发动机药柱脱粘界面裂 纹分析J.国防科技大学学报，2006 (3)： 19-20.2 王玉峰，李高春，王晓伟.固体火箭发动机海洋环境下的贮存及寿命预估J.火炸药学报，2008，20(3)： 13-15.3 牛秉彝，王元有，黄人骏高聚物粘弹及断裂性能M.北京：国防工业 出版社，1991：178-181.作者简介:谢七国，高级工程师，主要从事火工品、引战系统、固体火箭发动机维护技 术研究工作。蒋辉，主要从事火工品、引战系统、固体火箭发动机维护工作。龙顺祺，主要从事火工品、引战系统、固体火箭发动机维护工作。
