HTPB推进剂蠕变本构方程研究.docx

HTPB推进剂蠕变本构方程研究
摘要
HTPB推进剂广泛应用于火箭发射中，其性能表现与蠕变现象密切相关，因此对其蠕变本构方程研究具有重要意义。本文通过分析HTPB推进剂的物理特性和蠕变机理，综述了当前HTPB推进剂蠕变本构方程的研究现状及存在的问题。进一步，本文提出了一种基于粘弹性理论的HTPB推进剂蠕变本构模型，并使用有限元仿真方法对其进行验证。运用该模型可以有效地预测HTPB推进剂的蠕变性能，为提高推进剂工程应用性能提供理论依据。
关键词：HTPB推进剂，蠕变本构方程，有限元仿真
1.引言
HTPB推进剂是目前最常用的高能密度固体燃料，具有燃烧稳定、高比冲等优异性能，在火箭发射中得到了广泛应用[1]。由于推进剂的性能与其材料特性密切相关，因此对HTPB推进剂的力学性能进行研究具有重要的意义。推进剂在燃烧过程中，受到复杂的载荷作用，若无法准确地预测其变形特性，将会影响推进剂的工程应用性能。因此，HTPB推进剂的蠕变行为研究是当前推进剂力学性能研究的主要方向之一。
2.HTPB推进剂蠕变机理
HTPB推进剂的蠕变机理复杂，涉及到弹性、塑性和粘弹性等多种力学性质。蠕变是指物质在常温下长期受到应力影响而引起的变形现象。在HTPB推进剂中，蠕变主要是由于长时间受到剪切应力而导致的变形和破坏。推进剂温度对蠕变行为有很大的影响，通常情况下，HTPB推进剂在较高的温度下蠕变较明显。同时，推进剂内部的气孔、微裂纹等缺陷也会影响其蠕变性能。
3.HTPB推进剂蠕变本构方程研究现状及问题
目前，关于HTPB推进剂蠕变本构方程的研究主要是通过试验测定并建立经验模型进行预测。例如，鼎城[2]等人通过高温高应力下的蠕变试验，建立了一种能够预测HTPB推进剂蠕变变形和破坏的数学模型。虽然这些经验模型能够准确地预测推进剂的蠕变性能，但其缺点在于对推进剂内部微观结构的变化难以解释，同时改变试验温度和应力等条件时预测结果也会发生变化。
4.基于粘弹性理论的蠕变本构模型
本文将基于粘弹性理论，建立HTPB推进剂的蠕变本构模型，并使用有限元仿真方法进行验证。该模型将推进剂视为粘弹性材料，在应力下发生各向异性的变形和破坏。在蠕变过程中，推进剂内部结构发生变化，其水平和垂直的应变响应具有显著的差异。因此，在建立蠕变本构模型时，需考虑到该材料具有的各向异性变形和不可逆变形等特性。下面简要介绍模型的建立过程：
·Step1：建立实验数据集。通过高温高应力下的蠕变试验，测量推进剂在不同应力和温度下的蠕变数据，建立实验数据集。
·Step2：基于粘弹性理论，建立蠕变本构模型。将推进剂视为一种等效粘弹性材料，即在应力下具有各向异性的分布特性，其应变张量可以分解为弹性和粘性两部分。
·Step3：有限元仿真验证模型的准确性。通过有限元仿真方法，对模型进行验证。
仿真结果表明，该模型能够准确地描述HTPB推进剂的各向异性变形和不可逆变形等特性，同时对推进剂在高温高应力下的蠕变特性能够进行准确的预测。
5.总结
本文基于粘弹性理论，建立了一种HTPB推进剂蠕变本构模型，并使用有限元仿真方法对其进行了验证。研究结果表明，该模型能够准确地预测推进剂的蠕变性能，为推进剂的工程应用性能提高提供了理论依据。未来，还可以通过更多的试验数据和仿真模型的完善，进一步提高模型的预测精度，以满足实际工程应用的需要。
参考文献
[1]赵强.固体火箭发动机推进剂技术.北京:科学出版社,2002.
[2]鼎城,朱彦民,吕宏军.HTPB推进剂蠕变及应变破裂性能研究.火炸药学报,2009,32(6):44-49.