固体火箭发动机推进剂/衬层粘接界面损伤分析研究进展

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作者 戴鑫 赵陆翔 +4 位作者 马赫迪 赫丽娜 徐艺璇 白彦江 周鑫磊 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第4期535-545,共11页

固体火箭发动机推进剂/衬层粘接界面损伤分析是保障发动机结构完整性和可靠性的关键课题。重点综述了近5年来国内外在该领域的最新研究进展,从界面损伤机理与关键影响因素、实验表征技术和数值分析方法三方面进行分类评述。探讨了机械... 固体火箭发动机推进剂/衬层粘接界面损伤分析是保障发动机结构完整性和可靠性的关键课题。重点综述了近5年来国内外在该领域的最新研究进展,从界面损伤机理与关键影响因素、实验表征技术和数值分析方法三方面进行分类评述。探讨了机械载荷、热应力载荷及化学因素对界面损伤的驱动作用;评述了宏观力学测试、细观观测技术在揭示界面损伤演化过程的应用,以及化学分析手段在量化组分迁移行为中的作用;简述了内聚力模型的改进与应用、多场耦合仿真技术在预测界面脱粘行为方面的进展。当前研究面临多场耦合建模技术瓶颈、实验与工况契合度不足等挑战,未来需结合多尺度原位检测、改进实验设计、优化数值模型等技术以提升损伤分析精度与寿命预测能力。 展开更多

关键词 推进剂/衬层 脱粘 界面损伤 数值分析

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NEPE推进剂/衬层界面形成机理的分子动力学模拟

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作者 桑丽鹏 冀金成 +6 位作者 李慧 杨根 范家珂 武祎晨 叶理欣 朱卫华 陶博文 《固体火箭技术》 CSCD 北大核心 2024年第6期815-823,共9页

为了探究硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂/衬层界面形成机理,运用分子动力学方法,对NEPE推进剂/衬层(聚乙二醇(PEG)/多官能度异氰酸酯(N-100)/NA/三苯基铋(TPB)体系与端羟基聚丁二烯(HTPB)/N,N-二(2-羟丙基)苯胺(LAP)/2,4-甲苯二异氰酸酯(2,... 为了探究硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂/衬层界面形成机理,运用分子动力学方法,对NEPE推进剂/衬层(聚乙二醇(PEG)/多官能度异氰酸酯(N-100)/NA/三苯基铋(TPB)体系与端羟基聚丁二烯(HTPB)/N,N-二(2-羟丙基)苯胺(LAP)/2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-TDI)/TPB)体系界面的形成过程进行了模拟。结果表明,NEPE推进剂中的分子最初会发生聚集,完成部分固化;随后慢慢向衬层靠近,进而部分分子会渗入到衬层体系并通过交联固化反应形成网络结构,最终形成推进剂/衬层界面。NEPE推进剂体系中PEG和NA不仅与N-100中的—NCO反应,也会与衬层表面上的—NCO基团发生反应。在5种可能的固化反应中,界面反应PEG/2,4-TDI/TPB的速率常数最大,其次是NEPE推进剂内反应NA/N-100/TPB,再次是界面间反应NA/2,4-TDI/TPB,速率常数最小的是NEPE推进剂内反应PEG/N-100/TPB和界面间反应HTPB/N-100/TPB,并且两者反应速率常数相当。NEPE推进剂/衬层界面处不同区域基团的分布并不均匀。 展开更多

关键词 NEPE推进剂/衬层界面 分子动力学 形成机理 固化反应 反应速率常数

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NEPE推进剂/衬层结构-性能MD模拟(Ⅱ)——复杂体系组分分子迁移和配方设计示例 被引量：8

3

作者 朱伟 刘冬梅 +3 位作者 肖继军 池旭辉 庞爱民 肖鹤鸣 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期678-683,共6页

用分子动力学(MD)方法,对(PEG/NG/BTTN)/NPBA/HMX/AP/PEG/N-100//HTPB/TDI复杂的推进剂/衬层模型体系进行295 K-NVT模拟研究,展示了组分分子的浓度分布和迁移状况,发现HMX和NPBA分子有向界面层迁移趋势,而AP则呈平均分布态势。以RDX等... 用分子动力学(MD)方法,对(PEG/NG/BTTN)/NPBA/HMX/AP/PEG/N-100//HTPB/TDI复杂的推进剂/衬层模型体系进行295 K-NVT模拟研究,展示了组分分子的浓度分布和迁移状况,发现HMX和NPBA分子有向界面层迁移趋势,而AP则呈平均分布态势。以RDX等量取代HMX后所得新配方的MD模拟研究表明,前者拉伸模量(E)、体模量(K)和剪切模量(G)、柯西压(C12-C44)和K/G值均有明显下降,表明新配方的刚性、强度和延展性均有下降;新配方中引发键(N—NO2)最大键长(1.528)明显大于原配方中相应值(1.503),预示新配方感度增大、安全性将下降;比较RDX、HMX与其他组分之间的结合能,前者小于后者,预示新配方的相容性较差。 展开更多

关键词 推进剂/衬层界面 组分迁移 力学性能 感度 相容性 分子动力学模拟

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NEPE推进剂/衬层粘接界面层厚度表征方法研究 被引量：14

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作者 吴丰军 彭松 池旭辉 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期650-652,656,共4页

采用纳米压痕分析法和超声波扫描显微镜分析法，研究了NEPE推进剂／衬层粘接界面层的厚度。纳米压痕分析结果表明，界面层与粘接物的细观力学性能有明显差异，差异区域的厚度约为80μm；超声波扫描显微镜分析结果表明，界面层是非均匀... 采用纳米压痕分析法和超声波扫描显微镜分析法，研究了NEPE推进剂／衬层粘接界面层的厚度。纳米压痕分析结果表明，界面层与粘接物的细观力学性能有明显差异，差异区域的厚度约为80μm；超声波扫描显微镜分析结果表明，界面层是非均匀性的复杂实体，计算出来老化粘接界面的厚度为84．94μm。计算结果和测试值基本一致，认为NEPE推进剂／衬层粘接界面层的厚度为80—85μm。 展开更多

关键词 NEPE推进剂/衬层 界面 纳米压痕 超声波 厚度

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固体火箭发动机推进剂/衬层界面粘接性能的仿真研究 被引量：7

5

作者 王鹏博 郑健 +1 位作者 许进升 周长省 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期207-215,共9页

为了研究适用于描述固体火箭发动机粘接界面的界面力学模型及其修正方法,分别采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、内聚力模型(CZM)和扩展有限元法(XFEM),模拟了固体火箭发动机推进剂/衬层界面的I型脱粘试验。其中,自编译了多项式型和指数型内... 为了研究适用于描述固体火箭发动机粘接界面的界面力学模型及其修正方法,分别采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、内聚力模型(CZM)和扩展有限元法(XFEM),模拟了固体火箭发动机推进剂/衬层界面的I型脱粘试验。其中,自编译了多项式型和指数型内聚力模型,采用XFEM-CZM耦合的方法解决了XFEM无法在界面边界扩展的问题,并对比分析了各个模型加载点处的载荷-位移曲线与试验曲线的吻合度,发现利用VCCT、CZM和XFEM方法构建的界面模型可以较好地预估裂纹的扩展过程,能够反映粘接界面的力学特性。同时,为探索模型优化所需研究的参数,通过调整各个模型相关的界面参数值,分析了界面参数对数值仿真曲线的影响,并采用了基于Hooke-Jevees算法的反演识别。研究结果表明,界面力学参数对界面模型具有显著的影响,基于Hooke-Jevees算法的反演识别能够实现对三种模型相关参数的修正。 展开更多

关键词 推进剂/衬层界面 虚拟裂纹闭合技术 内聚力模型 扩展有限元

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基于损伤的HTPB推进剂/衬层界面内聚法则构建 被引量：9

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作者 钮然铭 陈雄 +1 位作者 周长省 周清春 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期819-823,共5页

为提高丁羟(HTPB)推进剂/衬层界面数值仿真结果的准确性,首先改进了单搭接试件,通过剪切实验获取界面断裂参数,而后分别采用双线型模型和指数型模型对试件进行数值研究,进行影响分析,并在此基础上建立了一种基于损伤变量的自定义内聚力... 为提高丁羟(HTPB)推进剂/衬层界面数值仿真结果的准确性,首先改进了单搭接试件,通过剪切实验获取界面断裂参数,而后分别采用双线型模型和指数型模型对试件进行数值研究,进行影响分析,并在此基础上建立了一种基于损伤变量的自定义内聚力模型,使模型具有了明确的物理含义。结果表明,改进的单搭接试件能够测定柔韧粘接件的II型断裂参数;II型界面断裂时,内聚力曲线形式与实验曲线形式一致;该基于损伤的内聚力模型能够比双线性模型和指数型模型更准确地反映HTPB推进剂/衬层界面的II型断裂性质。 展开更多

关键词 内聚力模型 推进剂/衬层 数值研究 脱粘

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HTPB推进剂/衬层界面Ⅰ型破坏温度相关特性 被引量：3

7

作者 丁伍 许进升 +2 位作者 周长省 王庭钰 侯宇菲 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期146-154,共9页

为了准确地描述固体火箭发动机端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层黏接界面在不同温度下的力学特性,从试验和数值仿真两方面研究了该黏接界面的Ⅰ型破坏特性。首先,通过单轴拉伸实验获取了不同温度下的载荷-位移曲线,并采用高速摄像机获... 为了准确地描述固体火箭发动机端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层黏接界面在不同温度下的力学特性,从试验和数值仿真两方面研究了该黏接界面的Ⅰ型破坏特性。首先,通过单轴拉伸实验获取了不同温度下的载荷-位移曲线,并采用高速摄像机获取了黏接界面的破坏过程,分析了黏接界面的破坏形式,发现HTPB推进剂/衬层黏接界面的破坏形式为HTPB推进剂的内聚破坏,表明黏接界面的强度高于推进剂的强度;由-40℃升高到60℃的过程中特征位移先增大后减小,说明特征位移受温度因素影响明显。在双线性内聚力模型的基础上构建了一种损伤变量为多项式的内聚力模型,通过开展数值仿真计算,比较了不同界面模型参数在预测各温度下黏接界面力学特性的准确性,并以特征位移作为已知参数预测了不同温度下的黏接界面载荷-位移曲线,数值预测结果与实验结果保持一致,说明所建界面模型能够比双线性内聚力模型更加真实准确地反映固体火箭发动机黏接界面I型破坏的温度相关特性。 展开更多

关键词 内聚力模型 HTPB推进剂/衬层 Ⅰ型破坏 界面 固体发动机

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固体推进剂/衬层粘接界面脱粘失效的数值模拟 被引量：10

8

作者 张志成 戴开达 陈静静 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第28期11421-11427,共7页

基于SEM(scanning electron microscope)得到的细观形貌和颗粒分布建立了复合固体推进剂/衬层细观有限元模型。使用Cohesive单元来模拟复合固体推进剂基体/颗粒界面和复合固体推进剂/衬层界面的脱粘。计算分析了单轴准静态拉伸作用下复... 基于SEM(scanning electron microscope)得到的细观形貌和颗粒分布建立了复合固体推进剂/衬层细观有限元模型。使用Cohesive单元来模拟复合固体推进剂基体/颗粒界面和复合固体推进剂/衬层界面的脱粘。计算分析了单轴准静态拉伸作用下复合固体推进剂/衬层界面处不同颗粒含量和不同强化/老化程度对脱粘过程的影响。计算结果表明,衬层界面的老化和颗粒数量的增加都会导致衬层界面更容易脱粘失效,失效应变随推进剂/衬层界面处颗粒含量的增加而增大,而峰值应力先减小而后增大。峰值应力和失效应变随衬层老化而减小,但对衬层界面强化不敏感。 展开更多

关键词 固体推进剂/衬层粘接界面 脱粘 Cohesive单元 细观结构 数值模拟

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细观尺度下推进剂/衬层/绝热层界面多角度拉伸过程中的变形测量与分析 被引量：4

9

作者 肖云东 王玉峰 +2 位作者 李高春 赖帅光 李何龙 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期877-884,共8页

为了研究细观尺度下推进剂/衬层/绝热层界面多角度拉伸过程中的变形特点与破坏模式,使用拉压力传感器、三目金相显微镜等设备获取多角度拉伸过程中的应力数据与界面形貌演化图像,采用数字图像相关技术对多角度拉伸过程的图像序列进行处... 为了研究细观尺度下推进剂/衬层/绝热层界面多角度拉伸过程中的变形特点与破坏模式,使用拉压力传感器、三目金相显微镜等设备获取多角度拉伸过程中的应力数据与界面形貌演化图像,采用数字图像相关技术对多角度拉伸过程的图像序列进行处理,获取了细观尺度下界面多角度拉伸过程中的应变场演化情况。实验结果表明,粘接试件在0°拉伸时的抗拉强度最大,90°拉伸时的伸长率最大;随着拉伸角度的增加,应力-应变曲线的加载段和卸载段均逐渐变缓,表面的应变集中区域由衬层/绝热层界面附近,变化为推进剂/衬层界面附近,最后两个界面附近均出现了明显的应变集中现象;45°拉伸时,推进剂与衬层表面应变随拉伸载荷的增加而增加,绝热层的模量高,应变变化幅度小,推进剂表面的平均正应变高于衬层,平均切应变低于衬层。所采用的实验方法可较好地测量界面在多角度拉伸过程中的变形,为发动机粘接结构的完整性分析提供参考。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 推进剂/衬层/绝热层界面 细观损伤 多角度拉伸 数字图像相关

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细观尺度下推进剂/衬层/绝热层粘接界面参数反演研究 被引量：3

10

作者 肖云东 王玉峰 +3 位作者 李何龙 赖帅光 伍鹏 韩永恒 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期46-52,82,共8页

针对经验法无法保证细观尺度下粘接界面(推进剂/衬层/绝热层)内聚力模型准确性的问题,通过扫描电子显微镜(SEM)原位拉伸实验,记录粘接试件在拉伸过程中的变形和破坏,采用数字图像相关技术结合Hooke-Jeeves优化算法的反演识别方法,对界... 针对经验法无法保证细观尺度下粘接界面(推进剂/衬层/绝热层)内聚力模型准确性的问题,通过扫描电子显微镜(SEM)原位拉伸实验,记录粘接试件在拉伸过程中的变形和破坏,采用数字图像相关技术结合Hooke-Jeeves优化算法的反演识别方法,对界面所采用的双线性内聚力模型参数进行反演识别,并通过界面单元的损伤因子(SDEG)变化曲线结合实验结果开展界面损伤分析。结果表明:加载速率为1.2 mm·min^(-1)时,模型的界面刚度、最大名义应力、界面失效位移分别为6.40 MPa·mm^(-1)、0.72 MPa、1.80 mm;ε为8%、18%时,仿真与实测的感兴趣区域(region of interest,ROI)位移(U x)平均误差分别为7.1%、4.9%;损伤因子(SDEG)变化曲线可较好地表征界面的损伤过程。该反演识别方法的精度较高,为细观尺度下粘接结构界面模型参数的精准获取提供一个新的方法。 展开更多

关键词 推进剂/衬层/绝热层粘接界面 界面本构关系 反演识别 数字图像相关技术 内聚力模型

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NEPE推进剂／衬层结构-性能MD模拟(Ⅰ)--简化模型界面固化反应展示和力学性能比较 被引量：4

11

作者 朱伟 刘冬梅 +3 位作者 肖继军 池旭辉 庞爱民 肖鹤鸣 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期530-534,共5页

为展示NEPE推进剂/衬层界面发生的交叉固化反应,设计搭建了PEG/N-100、HTPB/TDI和PEG/N-100//HTPB/TDI 3个简化模型,采用热力学方法,在扩展的MPCFF力场中,实现了不同体系的周期性分子动力学(MD)模拟,展示了界面交叉固化反应形成的新化学... 为展示NEPE推进剂/衬层界面发生的交叉固化反应,设计搭建了PEG/N-100、HTPB/TDI和PEG/N-100//HTPB/TDI 3个简化模型,采用热力学方法,在扩展的MPCFF力场中,实现了不同体系的周期性分子动力学(MD)模拟,展示了界面交叉固化反应形成的新化学键(氨基甲酸酯键)。另外,求得并比较了三者的弹性力学性能。结果表明,推进剂/衬层体系弹性模量较大,亦即完成交叉固化反应后界面的刚性和强度都得到提高和改善,与实验事实相符。 展开更多

关键词 NEPE推进剂/衬层界面 固化反应 力学性能 分子动力学

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