改性双基推进剂Ⅱ型裂纹扩展数值仿真研究.pdf

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1、第31卷第4期计算机仿真2014年4月文章编号：1006—9348(2014)04—0033—04改性双基推进剂II型裂纹扩展数值仿真研究赵超，鞠玉涛，郑健，张君发(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：为了研究改性双基推进剂在II型断裂条件下预制裂纹的扩展，得到该材料粘弹性在动静态加载过程对应力分布和裂纹扩展路径的影响，实验引入紧密剪切试件并加以改进从而符合受力要求。分别利用分离式霍普金森压杆和万能材料试验机进行应变率在1000sI1和压缩速率为2mm／min的动静态力加载实验。在ABAQ

2、US软件中建立以上两个过程的简化二维模型，利用扩展有限元法数值计算得到了两种受力情况下模型的应力场和预制裂纹的扩展过程。最后对比试验与仿真结果发现两者的相符性非常好，这也证明了该模型建立的正确性。关键词：改性双基推进剂；紧密剪切试件；扩展有限元法；裂纹扩展路径中图分类号：TP391．9文献标识码：BInvestigationwithNumericalSimulationforMode—-IICrackPropagationofModifiedDouble——BasePropellantZHAOChao，ZH

3、ENGJian，JUYu—tao，ZHANGJun—fa，WANGWen—qiang(SchoolofMechanicalEngineering，NUST，NanjingJiangsu，210094，China)ABSTRACT：Inordertostudytheprefabricatedcrack’Sextensionofthemodifieddouble—basepropellantundertheconditionofmode—IIfracture，andobtaintheinfluencefromd

4、ynamicandstaticloadingonthestressdistributionandpathofcrackpropagation，theexperimentwasintroducedandtheCompactShearSpecimenwasimprovedinordertosatisfytherequirementsofbearing．SHPBanduniversalmaterialtestingmachinewereusedtocarryonthedynamicexperimentonthes

5、trainrateof1000S～andstaticexperimentoncompressionrateof2mm／min．Wealsoestab—lishedsimplified2DmodelinthesoftwareABAQUStosimulatetheprocesswithXFEM．Atlast，wefoundthattheresultsofexperimentsandsimulationsarematchedverywell，whichprovesthecorrectnessofthemode1．

6、KEYWORDS：Modifieddouble—basepropellant；CompactShearSpecimen；XFEM；Pathofcrackpropagation性，在高应变率与准静态下会表现出不同的断裂力学行为。1引言本文主要研究了改性双基推进剂在高应变率和准静态加载改性双基推进剂作为火炮发射用固体火箭发动机装药下所表现出的II型断裂力学行为的异同，通过实验和数值仿已经得到了公认和广泛的应用，装药在生产、运输、使用的过真的方法得到了改性双基推进剂材料试件在不同加载条件程中会受到复杂载荷作用，在

7、这些载荷的作用下装药会萌生下的应力场和预制裂纹的扩展路径。实验主要使用分离式缺陷甚至出现裂纹，并最终影响到发动机的正常使用性能且霍普金森杆和万能材料试验机进行动态和准静态实验，最终存在安全隐患⋯，因此对改性双基推进剂进行断裂实验研究使其发生断裂。数值仿真引入VeraE．Petrova等人建立模和数值计算在工程应用方面是十分重要的。型并进行改进，裂纹扩展路径上进行网格细化以便得到更准近些年，已经有学者对双基或改性双基推进剂的断裂做确的应力场和裂纹传播路径；计算裂纹时采用了G准则来描了相关研究I4，包括哑铃形状

8、下损伤的演化模型；试件在述裂纹的增长J。最终新建立的二维紧密剪切试件数值计单向拉伸时预制裂纹与受力方向不同夹角情况下的扩展路算结果与实验结果相符性非常好。径，并建立数值计算模型；实验获取I型断裂韧性等。以上数据都是在准静态条件下得到的，但材料具有明显的粘弹2试验研究实验进行高应变率和准静态下的实验，分别使用分离式收稿日期：2013—06—13霍普金森杆和万能材料试验机。一33—由于分离式霍普金森杆实验对试件要求较