推进剂∕包覆层界面脱粘率相关特性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaefAstronauljcaSinicaDec252015VoI36No．123861．3867ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeduCRhkxb@buaa．educa推进剂／包覆层界面脱粘率相关特性研究余家泉1，许进升1’*，陈雄1，1．南京理工大学机械工程学院，南京2．晋西工业集团有限责任公司，太原周长省1，贾登1，李宏文2210094030027摘要：固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂／三元乙丙(EPD

2、M)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况，采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究，获取了脱粘界面扩展过程中的加载点载荷一位移曲线。同时，构建了界面率相关内聚力模型(CZM)，并采用Hooke—Jeeves优化算法反演识别出相关模型参数。通过对比多阶段加载实验及仿真结果曲线验证了模型的可靠性，结果表明，二者变化趋势基本一致，最大误差小于15％，所得结论对固体火箭发动机装药界面脱粘研究具有一定参考价值。关键词：固体火箭发动机；界面脱粘；率相关内聚力模型；有限元方法；参数反演识别中图分类号：V512文献标识码：A文章编号：1000—

3、6893(2015)12—3861—07固体火箭发动机广泛应用于航空航天及兵器领域。在发动机生产、运输、贮存和发射的整个过程中，会承受持续、交变、冲击等复杂载荷。推进剂／包覆层界面在受到上述复杂载荷作用时，容易发生界面脱粘，影响发动机内弹道性能，严重时会导致发动机整体失效[1]。因此，研究推进剂／包覆层粘接界面性能意义重大。尹华丽和王清和[21从材料和工艺等几个方面出发，讨论了影响绝热层／衬层／推进剂界面粘接性能的因素，并提出了相应改善措施。何国强[33和邢耀国[4]等对推进剂／包覆层脱粘界面在燃烧增压下的扩展情况进行了相应的试验研究，所得结论对发动机装

4、药失效研究具有一定参考意义。近年来，随着有限元方法的普及应用，部分学者开始采用数值方法对装药界面的脱粘性能进行研究。蒙上阳[5]和袁端才[6]等引入一种裂尖奇异单元，建立了推进剂／包覆层界面脱粘三维有限元仿真模型，分析了不同裂纹深度及贮存时间对裂纹稳定性的影响，对固体火箭发动机的贮存及应用意义重大。Zhou口]和Niu[83等将内聚力模型应用于推进剂／绝热层粘接界面研究，避免了采用传统断裂力学方法研究引起应力奇异性的问题。以上研究为固体火箭发动机装药界面脱粘有限元分析提供了一些方法。然而，实际固体火箭发动机装药界面会根据受外载情况的不同，表现为界面裂纹扩

5、展速率不同，采用率无关界面模型进行有限元分析，无法描述界面在不同速率下的脱粘特性。为此，引人了一种率相关内聚力模型(CZM)对改性双基(CMDB)推进剂／三元乙丙(EPDM)包覆层界面工型脱粘性能进行研究，通收稿日期：2015—01．08；退修日期：2015—02—13；录用日期：2015—03—26；网络出版时间：2015—04—2809：26网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201504280926002．html基金项目：江苏省自然科学基金(BK20140772)*通讯作者Tel：025—84315452E—

6、mail：XUjinsheng@njusteduca戮用格式}YuJQ，XuJS．ChenX，eta1．Rate—dependentpropertyofpropellantandinhibitorinterfacedebonding[J2ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(12)：386I-3867．余隶泉，许迸井．陈雄，等．推进莉／包覆层界面脱粘率相关特性研究!J]航空学报，2015，36(12)：3861-3867．3862航空学报Dec252015V01．36No．12过相关试验及仿真分析，确立了

7、模型参数，并通过进行验证实验确定了所得率相关内聚力模型的合理性和有效性。1界面工型脱粘性能试验研究1．1试验试件及方法针对粘接界面工型脱粘研究，通常采用双悬臂梁(DCB)试件研究界面性能，根据国际标准ISO15024：2001(E)[9]设计双悬臂夹层梁试件如图1所示。CMDB推进剂与EPDM包覆薄膜通过高强度粘接剂分别粘附于铝梁之上，再使用聚氨酯粘接剂将二者粘接在一起，粘接界面前端插入长度为20mm的聚四氟乙烯薄膜，形成未粘接面作为预制裂纹。制备多组试件，并在50℃条件下，固化48h。将制备好的试件储存在室温干燥环境下，自然时效两周以消除界面的残余应力

8、。图1双悬臂梁(DCB)粘接试件Fig．1Doublecantileverbea