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NEPE推进剂/衬层界面形成机理的分子动力学模拟
1
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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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：2
2
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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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
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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衬层/推进剂界面粘接优劣的判定和时空特征 被引量：5
4
作者 毛丹 马浩然 +3 位作者 杨根 池旭辉 庞爱民 杨梅 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期779-783,共5页
为了准确测定衬层/推进剂界面组成、分布特征及迁移规律,文中利用原位显微红外技术,测定了某些样品的衬层/推进剂界面法线方向不同位置的红外光谱,通过比较界面、推进剂、衬层的红外谱图,获得了界面法线方向基团和组成的空间变化信息,... 为了准确测定衬层/推进剂界面组成、分布特征及迁移规律,文中利用原位显微红外技术,测定了某些样品的衬层/推进剂界面法线方向不同位置的红外光谱,通过比较界面、推进剂、衬层的红外谱图,获得了界面法线方向基团和组成的空间变化信息,判断出组分在界面的分布、迁移方向和扩散层厚度;利用迁移方向和扩散层厚度能够判定界面粘接的优劣:从推进剂向衬层扩散的界面粘接性能差,反之粘接性能好;通过对不同老化时间样品的测试,获得了界面法线方向组成随时间变化的特征和扩散层厚度变化趋势。 展开更多
关键词 显微红外技术 衬层／推进剂界面 原位 扩散层
全文增补中
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
5
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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未老化NEPE推进剂/衬层粘接试件拉伸失效模式研究 被引量：8
6
作者 陈刚 王小英 张雪 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期787-791,共5页
采用原位拉伸扫描电镜观测不同温度下NEPE推进剂/衬层粘接界面裂纹扩展规律,得出不同温度下裂纹产生位置均出现在推进剂和衬层连接处,且裂纹的扩展存在相互竞争关系;粘接性能较好时,粘接界面的好坏主要取决于推进剂/衬层界面附近推进剂... 采用原位拉伸扫描电镜观测不同温度下NEPE推进剂/衬层粘接界面裂纹扩展规律,得出不同温度下裂纹产生位置均出现在推进剂和衬层连接处,且裂纹的扩展存在相互竞争关系;粘接性能较好时,粘接界面的好坏主要取决于推进剂/衬层界面附近推进剂性能。重点考察了会引起推进剂"脱湿"的HMX界面,利用纳米压痕仪及动态力学实验,得出当推进剂中含NPBA时,HMX周围存在一高模量层,且该高模量层的动态储能模量与温度呈反向关系。该高模量层的存在或消失会引起推进剂在宏观性能上发生变化,进而影响推进剂/衬层试件宏观力学性能。 展开更多
关键词 材料学 推进剂 衬层界面 细观力学 纳米压痕 DMA
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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：3
7
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：2
8
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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端羟基聚丁二烯推进剂/衬层脱粘的断裂机理与断裂能获取研究 被引量：5
9
作者 周清春 鞠玉涛 +1 位作者 韦震 周长省 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期990-995,共6页
推进剂/衬层界面脱粘是破坏固体火箭发动机装药结构完整性的主要形式之一。采用双悬臂夹层梁实验对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面的I型断裂进行研究,实验观察到裂纹尖端存在包含孔洞和纤维的银纹损伤区,裂纹萌发和扩展本质... 推进剂/衬层界面脱粘是破坏固体火箭发动机装药结构完整性的主要形式之一。采用双悬臂夹层梁实验对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面的I型断裂进行研究,实验观察到裂纹尖端存在包含孔洞和纤维的银纹损伤区,裂纹萌发和扩展本质上是局部银纹萌生、面增厚和微纤断裂。界面脱粘的失效机理则是尖端近处孔洞的形成和合并,典型的界面失效模式包含胶黏剂的内聚破坏、界面破坏和混合破坏。裂纹稳定传播时,裂尖的损伤区形状与外界对其施加的约束有关。采用有效裂纹长度的概念可以修正裂尖塑性变形和钝化的影响,较为准确地获取了I型断裂能。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 推进剂 衬层界面 裂纹萌发 裂纹扩展 双悬臂夹层梁
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