丁羟推进剂衬层ⅱ型界面断裂研究

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1、分类号密级ＵＤＣ＾南《－犬學＿ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士专业学位论文丁经推进剂／衬层ｎ型界面断裂研究（题名和副题名）钮然铭（作者姓名）指导教师姓名周长省教授陈雄副教授学位类别工程项士专业名称航天工程研宄方向固体火箭发动机装药结构完整性论文提交时间２０１５年０３月注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。硕士专学位丈丁经推进剂／衬层丨Ｉ型界面断裂研究作者：钮然铭指导教师：周长省教授陈雄副教授鞠玉涛教授南

2、京理工大学２０１５年３月ＭａｓｔｅｒＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＭｏｄｅＩＩＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｏｅｒｔｅｔｗｅｅｎＨＴＰＢＰｒｏｅｌｌａｎｔ／ＩｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｙｂｐＢＮｉｕＲａｎｍｉｎｙｇＳｕｅｒｖｉｓｅｄｂＺｈｏｕＣｈａｎｓｈｅｎＣｈｅｎＸｉｏｎ＆ＪｕＹｕｔａｏｐｙｇｇ，ｇＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙ２０１５声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标

3、注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研宄成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：年扣学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。／研究生签名：ｏＡｒ年切硕士学位论文丁轻推进剂／衬层ＩＩ型界面断裂研究摘要在贴壁潘注的复合固体火

4、箭发动机中，推进剂和衬层界面的脱粘破坏会降低火箭发动机工作的稳定性和有效性一，是结构完整性破坏的主要原因。据ＮＡＳＡ统计，个世纪以来的发动机事故之中有近１／３是由于界面脱粘引起的。在发动机点燃及加速飞行时，由于惯性作用，加上飞行中的高速转动，界面层的剪切作用愈加明显。本文以丁经（ＨＴＰＢ）复合推进剂／衬层界面为研究对象，采用实验与理论相结合的方法，对发动机内推进剂和衬层界面的剪切（ＩＩ型）界面断裂特性进行研宄。（１）内聚力模型中损伤变量影响分析。首先引入双线型内聚力模型和指数型内聚力模型一。针对ＨＴＰＢ推进剂材料和衬层材料的力学特性，设计了种改进单搭接

5、层叠试件，介绍了实验准备、试件制备与实验器材等内容。采用改进单搭接试件进行剪切实验，获取ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面ＩＩ型断裂参数，继而研究内聚力模型中的损伤变量对牵引法则形式的影响，通过多种模型对试件进行数值研宄并进行分析比较，为使模型更加符一合实验中的演化形式，在此基础上建立了种基于损伤变量的自定义内聚力模型。结果表明，改进的单搭接试件能够测定柔朝粘接件间的ＩＩ型界面断裂参数，采用实验直接获取的参数，该自定义内聚力模型能够比双线性模型和指数型模型更准确地反应ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面的ＩＩ型断裂性质。（２）ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面率无关ＩＩ型内聚力

6、模型构建。釆用改进单搭接试件进行界面层脱粘实验，通过显微分析和３Ｄ有限元分析，发现其断裂形式实质为Ｉ型ＩＩ型混合模式断裂，直接通过实验获取的参数并非纯ＩＩ型剪切参数。因此，基于实验的基础一种基于Ｈｏｏｋｅ－Ｊｅｅｖｅｓ优化算法的反演识别方法上，引入，该方法采用Ｐｙｔｈｏｎ语言对？商业有限元软件Ａｂａｑｕｓ进行二次开发实现，最终通过该方法获取了纯ＩＩ型界面参数，构建了ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面率无关ＩＩ型内聚力模型。（３）ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面率相关ＩＩ型内聚力模型构建。为构建ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面的率相关的内聚力模型，采用了实验和反演相结合的方法

7、，首先采用改进的单搭接试件进行ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面的断裂实验，分别获取界面在不同拉伸率下的断裂参数初值Ｈｏｏｋ－Ｊｅｅｖｅｓ，，而后采用基于优化算法的反演识别方法利用有限元法仿真对单搭接实验结果进行反演识别，进而获取不同加载率下的界面断裂参数。由于这些参数具有明显的率相关性，可以将内聚力模型表达为与加载率相关的，通过拟合这些参数牵引分离法则，最终构建了ＨＴＰＢ推进剂／衬层界面率相关ＩＩ型内聚力模型并且进行了实验验证。通过本文的研究，改进了研究粘接