含典型缺陷固體推進劑藥柱的“加料”有限元法研究

《含典型缺陷固體推進劑藥柱的“加料”有限元法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由雷勇軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含典型缺陷固體推進劑藥柱的“加料”有限元法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：雷勇軍
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

含缺陷固體火箭發動機結構完整性分析是工程實踐中亟待解決的問題，而推進劑藥柱作為發動機的核心部件，其結構完整性是工業部門關注的重點。發動機藥柱具有粘彈性，當對含缺陷的藥柱進行結構完整性分析時涉及粘彈性斷裂力學、計算固體力學等學科交叉，在分析方法方面存在諸多不成熟之處。本項目在分析國內外相關研究的基礎上，開展含缺陷固體火箭發動機結構完整性分析的數值方法研究。針對固體火箭發動機藥柱中常見的裂紋、掉塊、內聚空洞、劃傷等典型缺陷，進行粘彈性介質中典型缺陷的加料有限單元理論、缺陷斷裂參量理論以及計算方法的研究，旨在建立一套適用於複雜粘彈性結構斷裂分析的數值方法體系。同時，緊貼工程實際套用需求，考慮固體火箭發動機藥柱的近似不可壓性和溫度依賴性，開展近似不可壓粘彈性加料有限元理論研究和熱粘彈性加料有限元理論研究，為含缺陷固體火箭發動機的結構完整性分析奠定理論基礎和提供方法支持。

結題摘要

推進劑藥柱作為固體火箭發動機的核心部件，其結構完整性是工業部門關注的重點。針對含典型缺陷固體推進劑藥柱的結構完整性問題，本項目主要開展了兩大方面內容：一方面針對固體火箭發動機藥柱中常見的裂紋、掉塊、內聚空洞、劃傷等典型缺陷，建立了線粘彈性介質中“加料”缺陷單元的一般構造方法，提出了一種計算二維、三維V形切口應變能釋放率的新方法，實現了粘彈性介質中缺陷斷裂參量計算與有限元分析的有機結合，並形成了一套適用於粘彈性介質中典型缺陷斷裂分析的數值求解方法。另一方面針對發動機藥柱脫粘、界面端應力集中、防護塗層開裂、劃傷等界面斷裂問題，給出了構造界面斷裂裂紋問題“加料”單元位移模式所需的漸進位移場統一形式，建立了典型二維/三維粘彈性界面裂紋、垂直界面裂紋以及界面V形切口的“加料”有限元方法，並進一步建立了固體火箭發動機裝藥界面脫粘、含垂直界面裂紋的熱障塗層結構和搭接板界面斷裂問題的“加料”有限元模型。通過系統研究，本項目建立了一套適用於複雜粘彈性結構斷裂及界面斷裂分析的數值方法體系，為含缺陷固體火箭發動機的結構完整性分析提供了理論基礎和方法支持。此外，在該項目基金資助下，本團隊基於非局部理論進一步開展了粘彈性基體中碳納米管的振動特性研究，為碳納米管在推進劑藥柱中的套用作了初步探索。本項目研究過程中共培養了3名博士生和3名碩士，並發表了34篇國內外學術論文，其中SCI檢索18篇、EI檢索14篇、中文核心2篇。