[发明专利]一种测试含能材料纯剪切蠕变性能的装置及方法

说明书

本发明一种测试含能材料纯剪切蠕变性能的装置及方法涉及含能材料力学性能试验测试技术领域，具体涉及一种测试含能材料纯剪切蠕变性能的装置及方法，包括测试夹具套件，所述测试夹具套件包括匹配相连的上夹具和下夹具，上夹具和下夹具围成的区域为试验件夹持区域；所述上夹具包括上夹具体及与支撑架固定相连的上夹持部，所述上夹持部远离支撑架的一端与上夹具体固定相连，所述上夹具体上设置有用于固定试验件一端的上容置开口；本发明所述装置的构型和结构均比较简单，可实现纯剪切加载下固体推进剂、炸药等多种含能材料抗剪强度、蠕变性能的测试，突破了目前含能材料纯剪切蠕变性能测试方法不足的局限，且能够满足长时稳定可靠测试的需求。

技术领域

本发明涉及含能材料力学性能试验测试技术领域，具体涉及固体推进剂、炸药等具有粘弹性特性的含能材料的纯剪切蠕变性能的测试，适用于该类材料性能分析、本构关系建立以及所制成的药柱等结构发生蠕变变形时结构完整性的分析，尤其涉及一种测试含能材料纯剪切蠕变性能的装置及方法。

背景技术

固体推进剂和炸药等含能材料的力学性能具有明显的时间和温度相关性，即呈现出热粘弹性特性，且受到应力、应变状态和环境湿度等因素的影响，蠕变性能是揭示该类材料粘弹性属性的两大主要特性之一。在贮存工况下，固体推进剂和炸药等含能材料制成的火箭发动机药柱会因为自重而发生下沉现象，相应地在固体推进剂和炸药等含能材料上施加剪切载荷作用，即需要研究该类材料在恒定剪切载荷长时作用下的剪切蠕变性能。这种性能的研究需要采用合适的试验装置，并采用合适的试验方法开展剪切蠕变性能试验，并在试验结果基础上，计算分析蠕变曲线特性、蠕变速率、蠕变柔量、蠕变断裂时间和累积损伤等参数的变化，最终揭示该类材料在剪切载荷作用下的蠕变变形行为随剪切应力水平、温度、湿度等因素的变化规律，并建立相应的本构关系，以用于结构完整性分析。

目前，金属材料或塑料、橡胶、沥青等少数非金属材料的蠕变性能试验研究较为丰富，并形成了一定量的测试标准，而缺乏针对固体推进剂、炸药等含能材料蠕变性能测试方法的研究，相应的国家标准以及行业标准几乎是空白。而且已开展的蠕变性能测试以单轴拉伸蠕变试验和单轴压缩蠕变试验为主，测试装置多采用市场售卖的常规蠕变试验机，测试过程中通常也较少考虑温湿度控制措施。针对沥青、胶粘剂等非金属材料，少部分研究者提出了一些新的剪切蠕变试验装置和试验方法，比如国家知识产权局公布了申请号为201710843470.8、名称为：一种炸药剪切试验系统和试验方法，申请号为201620904813.8、名称为：一种拉伸剪切蠕变试验装置，申请号为201310078762.9、名称为：沥青旋转剪切蠕变及重复蠕变回复试验装置及方法，申请号为201110052024.8、名称为：测试沥青混合料动态剪切蠕变性能测试验方法。上述研究方法除了与纯剪切加载应力状态不完全匹配以外，还存在测试方法较难适用于固体推进剂、炸药等含能材料的剪切蠕变性能测试需求。主要体现在以下几点：首先，固体推进剂、炸药等含能材料的模量和强度较小，目前市场售卖蠕变试验机较难同时兼顾长时加载和小应力水平加载下的持续可靠工作；其次，开展固体推进剂、炸药等含能材料的力学性能试验需要特制的夹具，因为其无法像金属材料、橡胶等非金属材料那样，可以直接通过打孔或夹持的方式与试验机等装置相适配；第三，温湿度对固体推进剂、炸药等含能材料的影响效果要远远大于金属材料、橡胶等非金属材料，因此，试验过程中必须采取有效的温湿度控制方法；第四，采用引伸计测变形的方法，容易在长期加载时给固体推进剂、炸药等低强度含能材料带来额外的局部变形，影响测试精度，甚至导致这些材料提前发生破坏。

综上所述，目前缺乏有效测试固体推进剂、炸药等含能材料纯剪切蠕变性能的试验装置和试验方法，而该加载条件下的性能对于建立本构关系，进而分析相应药柱等结构在贮存工况下的结构完整性，最终评估固体火箭发动机的使用可靠性具有重要意义。

发明内容