[发明专利]一种宽应变率宽温域的复合推进剂压缩力学本构方法

说明书

本发明公开的一种宽应变率宽温域的复合推进剂压缩力学本构方法，属于固体推进剂领域。本发明实现方法为：获取复合推进剂宽应变率宽温域的压缩力学数据；建立参考温度下宽泛应变率的分段Prony本构模型；将参考温度下某一应变下的应力作为参考应力，计算其它温度对应的应变率和应变条件下的相对应力值；建立相对应力与温度的指数函数关系表达式f(T)；利用参考温度下的分段Prony本构模型与f(T)的乘积作为宽应变率宽温域的压缩力学本构模型；利用所建立的宽应变率宽温域的压缩力学本构模型，实现对复合推进剂宽应变率、宽温域下压缩力学行为预测，为高过载工况下复合推进剂装药结构设计提供理论依据，提高药柱结构完整性的计算精度，提高高过载下发动机的安全性。

技术领域

本发明涉及一种复合推进剂在宽应变率和宽温域下压缩力学本构的建立方法，属于固体推进剂领域。

背景技术

复合推进剂主要由高分子粘合剂、氧化剂、金属燃料组成，广泛应用于固体火箭发动机中。为了进行发动机药柱结构完整性分析，需要建立相应的本构模型。目前工程上大多采用静态松弛实验数据建立复合推进剂的粘弹性本构模型。这种方法适用于小变形，准静态下压缩应力-应变行为的描述，而不能很好地描述较高应变率下的应力-应变行为。目前较新的本构方法，例如ZWT本构方法，能够有效建立宽应变率范围的本构模型，但局限于单一温度，不能描述应力应变行为的温度相关性。

随着固体火箭发动机应用领域的拓宽，例如，具有高发射过载特点的炮射导弹采用固体火箭发动机作为动力装置，复合推进剂药柱的工作应变率和温度范围也不断地拓宽。目前已有的本构模型建立方法不能很好地建立复合推进剂在宽应变率宽温域下的本构模型，无法为高过载等工作条件下固体火箭发动机药柱的结构完整性分析提供准确有效的本构模型支撑，其适用范围愈发局限。

发明内容

为了解决现有的复合推进剂本构方法无法满足在宽应变率、宽温域条件下预测复合推进剂力学性能的使用需求，本发明公开的一种宽应变率宽温域的复合推进剂压缩力学本构方法要解决的技术问题是：用以建立复合推进剂在宽泛的应变率范围和温度范围内的压缩力学本构模型，并能够确定压缩力学本构模型参数，通过所述确定参数的压缩力学本构模型实现对复合推进剂宽应变率、宽温域条件下压缩力学行为的预测，解决相关技术问题。对高过载工况下复合推进剂药柱结构完整性的预测、提高发动机推进剂药柱的安全性具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的一种宽应变率宽温域的复合推进剂压缩力学本构方法，通过查询固体推进剂宽应变率力学数据库，或对复合推进剂进行不同温度下宽应变率的单轴压缩实验，获取复合推进剂宽应变率宽温域的压缩力学数据。建立参考温度下宽泛应变率的分段Prony本构模型，并通过实验数据的拟合确定所述分段Prony本构模型中参数E_∞、E_i、θ_i。将参考温度下某一应变下的应力作为参考应力，计算其它温度对应的应变率和应变条件下的相对应力值。分析不同应变率下相对应力随温度的变化，建立相对应力与温度的指数函数关系表达式f(T)，并通过计算数据的拟合得到的相对应力值确定f(T)中的参数。利用建立的参考温度下的分段Prony本构模型与建立的f(T)的乘积作为宽应变率宽温域的压缩力学本构模型。利用所述宽应变率宽温域的压缩力学本构模型，实现对复合推进剂宽应变率、宽温域下压缩力学行为的预测，解决相关技术问题。

本发明公开的一种宽应变率宽温域的复合推进剂压缩力学本构方法，包括如下步骤：

步骤一、通过查询固体推进剂宽应变率力学数据库，或对复合推进剂进行不同温度下宽应变率的单轴压缩实验，获取复合推进剂宽应变率宽温域的压缩力学数据。建立参考温度下宽泛应变率的分段Prony本构模型，并通过实验数据的拟合确定所述分段Prony本构模型中参数E_∞、E_i、θ_i。

基于Boltzmann叠加原理的单积分型线性粘弹性本构模型为