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光纤光栅传感器在固体发动机药柱内部应变监测中的应用
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作者 张焘 李海阳 +3 位作者 申志彬 吴国夫 卞云龙 王立民 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期59-66,共8页
针对固体发动机药柱结构内部应变响应测量难题,提出了一种基于光纤光栅传感器的内埋式应变测量方法。设计了内埋光纤光栅应变传感器的试验器并对其开展了冷增压试验,获得了试验器药柱内部环向应变与轴向应变值。试验结果表明,提出的测... 针对固体发动机药柱结构内部应变响应测量难题,提出了一种基于光纤光栅传感器的内埋式应变测量方法。设计了内埋光纤光栅应变传感器的试验器并对其开展了冷增压试验,获得了试验器药柱内部环向应变与轴向应变值。试验结果表明,提出的测试方法可以获取药柱内部的环向和轴向应变。研究成果可为光纤光栅传感器在固体发动机药柱结构测量中的进一步应用奠定基础,为固体发动机监测技术的发展与应用提供参考。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 固体推进剂 光纤光栅传感器 应变测量 结构健康监测
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不同载荷边界典型负泊松比结构等效力学建模
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作者 张焘 王立民 +3 位作者 周志坛 卞云龙 冯帅星 高靖 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期144-149,共6页
为探索不同载荷边界下典型负泊松比结构(内凹六边形结构)的力学行为,基于Euler梁理论建立了不同变形特点的弹性等效力学理论模型,并通过有限元分析揭示了变形过程、验证了理论解的准确性。结果表明,不同载荷边界下结构的变形模式不同,... 为探索不同载荷边界下典型负泊松比结构(内凹六边形结构)的力学行为,基于Euler梁理论建立了不同变形特点的弹性等效力学理论模型,并通过有限元分析揭示了变形过程、验证了理论解的准确性。结果表明,不同载荷边界下结构的变形模式不同,体现为:均布载荷作用下横梁和侧壁都发生弯曲变形,平板载荷作用时仅侧壁发生变形,集中载荷作用时弯曲变形由横梁主导。有限元分析指出,3种载荷边界下内凹六边形结构发生塑性大变形后都能实现压缩-收缩的负泊松比效应,且平板加载时结构的负泊松比效应最佳。等效泊松比的理论预测值与有限元分析结果具有较好的吻合度,弹性范围内等效泊松比在均布载荷条件下为正值、在平板载荷条件下有最大的负值、在集中载荷条件下接近于零。本研究为固体火箭等高轻量化需求装备提供了潜在方案。 展开更多
关键词 内凹六边形结构 负泊松比结构 等效力学 载荷边界 弯曲变形 有限元分析
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双脉冲发动机Ⅰ脉冲工作过程中EPDM隔层烧蚀特性 被引量：5
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作者 卞云龙 李映坤 +2 位作者 李海阳 申志彬 吴国夫 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期764-771,共8页
针对双脉冲发动机脉冲隔离装置——三元乙丙(EPDM)隔层的烧蚀问题,建立了Ⅰ脉冲发动机燃烧室两相流动仿真模型,分析了隔层的热载荷环境特性,开展了隔层动态烧蚀过程仿真研究,获得了隔层温度和烧蚀量的变化历程,并通过隔层烧蚀实验进行... 针对双脉冲发动机脉冲隔离装置——三元乙丙(EPDM)隔层的烧蚀问题,建立了Ⅰ脉冲发动机燃烧室两相流动仿真模型,分析了隔层的热载荷环境特性,开展了隔层动态烧蚀过程仿真研究,获得了隔层温度和烧蚀量的变化历程,并通过隔层烧蚀实验进行了验证。研究结果表明,Ⅰ脉冲工作初期隔层外表面温度急剧增加,烧蚀量缓慢增加,随着热流的持续作用,隔层内部温度上升速率变缓,而隔层烧蚀量急剧增加。隔层烧蚀较为严重的区域为轴向与径向的过渡段,这与隔层表面热流密度的分布趋势一致。计算得到隔层环向削弱槽附近烧蚀厚度为2.0 mm,实验测得隔层烧蚀厚度为2.21 mm,误差为9.5%,表明隔层烧蚀计算模型具有足够的精度。 展开更多
关键词 双脉冲发动机 固体火箭发动机 隔层 烧蚀 三元乙丙
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固体火箭发动机橡胶密封结构可靠性试验及评估方法 被引量：5
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作者 郭宇 李海阳 +2 位作者 申志彬 汪根来 卞云龙 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期222-228,共7页
由于关系到固体导弹的首翻期,“O”形橡胶静密封结构可靠性一直是固体火箭发动机寿命研究的重要内容。在梳理和分析密封结构全寿命周期剖面中长期贮存、快速点火升压和短时间工作平衡这三个典型阶段载荷及其变化的基础上,以密封接触应... 由于关系到固体导弹的首翻期,“O”形橡胶静密封结构可靠性一直是固体火箭发动机寿命研究的重要内容。在梳理和分析密封结构全寿命周期剖面中长期贮存、快速点火升压和短时间工作平衡这三个典型阶段载荷及其变化的基础上,以密封接触应力为表征参数,基于应力-强度干涉模型建立了重点考虑前两个阶段的密封结构可靠性评估方法。为快速准确模拟第一阶段密封结构的贮存性能变化过程,采用了步进应力加速贮存试验项目;为获得第二阶段的密封结构可靠性的广义强度和应力,提出了密封面张开速率及回弹过程密封接触应力测试项目,构成了密封结构全寿命周期可靠性试验方法。据此,开展了F108“O”形密封结构的贮存试验和评估,验证了该方法的可用性和准确性。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 密封结构 可靠性试验 贮存寿命 可靠性评估
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基于证据融合的固体发动机贮存寿命评估方法 被引量：3
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作者 郭宇 李海阳 +2 位作者 周伟勇 申志彬 丁晓浩 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期448-453,共6页
固体火箭发动机是高价值、高可靠、长寿命产品,按照经典概率方法评估贮存寿命普遍存在试验数据缺乏的现象。为了解决寿命评价中的小样本问题,充分利用研制过程中的各类贮存信息,本文运用证据理论将发动机各个部件的加速试验、自然贮存... 固体火箭发动机是高价值、高可靠、长寿命产品,按照经典概率方法评估贮存寿命普遍存在试验数据缺乏的现象。为了解决寿命评价中的小样本问题,充分利用研制过程中的各类贮存信息,本文运用证据理论将发动机各个部件的加速试验、自然贮存试验和专家综合评价等主、客观信息进行融合,分别获得其壳体、药柱和喷管的贮存寿命。在此基础上,建立证据网络(EN)模型下的发动机贮存寿命识别框架及其基本可信度(BPA)计算方法,将各单元贮存性能的不确定性传递到系统,并以实例评价了某固体发动机。结果表明,评估其80%置信度贮存寿命为9.62 a,与实际首翻期9 a一致。由于该方法能充分利用研制中的各种异类贮存信息,有望为信息缺乏情况下发动机可靠性评价提供一种新的技术途径。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 贮存寿命 证据理论 可靠性评价
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光纤光栅传感器在固体推进剂内部应变测量中的试验研究 被引量：7
6
作者 张焘 张卫平 +2 位作者 张浩 卞贺明 刘伟 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期518-523,共6页
针对固体推进剂内部应变监测的难题,采用仿真与试验相结合的方法,开展了光纤光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)传感器在固体推进剂内部应变的测量研究。研究中采用增加增敏结构的方法解决FBG应变测量传感器与固体推进剂的变形协调性问题,... 针对固体推进剂内部应变监测的难题,采用仿真与试验相结合的方法,开展了光纤光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)传感器在固体推进剂内部应变的测量研究。研究中采用增加增敏结构的方法解决FBG应变测量传感器与固体推进剂的变形协调性问题,通过数值仿真初步筛选了增敏球尺寸,结合仿真结果设计并加工了植入4种不同结构(不带增敏结构和带有∅2 mm、∅3 mm、∅4 mm增敏小球)的FBG应变测量传感器的固体推进剂试件,并对试件开展不同加载速率下的拉伸及压缩试验。结合试验结果分析了增敏小球直径、加载方式与加载速率对固体推进剂内部应变测试结果的影响,获得了内埋FBG传感器的固体推进剂内部应变变化规律。研究表明,采用增敏小球结构可有效解决FBG应变传感器与固体推进剂的变形协调性问题,大幅提高应变测量的灵敏度与传递效率,且增敏小球直径越大传递效率越高。所得研究成果可为FBG传感器用于固体发动机药柱应变监检测提供技术支撑。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 光纤光栅传感器 应变测量 结构健康监测
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基于超声振动锯割技术的固体发动机燃烧室解剖方法 被引量：1
7
作者 郭宇 申志彬 +2 位作者 李海阳 张漩 卞云龙 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期800-805,共6页
全面解剖和原位取样是获取发动机贮存性能及其分布最直接、最可信的方式,但由于发动机药柱是火化工产品,机械切割过程存在严重安全隐患。金刚石丝超声振动锯割具有适用材料广、切削力小、切割精度高、切缝窄、切割温升低的技术特点,具... 全面解剖和原位取样是获取发动机贮存性能及其分布最直接、最可信的方式,但由于发动机药柱是火化工产品,机械切割过程存在严重安全隐患。金刚石丝超声振动锯割具有适用材料广、切削力小、切割精度高、切缝窄、切割温升低的技术特点,具备发动机全面解剖的潜在技术应用前景。在分析非金属壳体发动机燃烧室主要材料物理特性的基础上,首先开展了以红外测温温度为控制参数的4参数正交试验研究,初步确定了壳体安全切割工艺参数;然后利用埋入式微型热电偶测量固体推进剂方坯内部切割温度,校核了上述切割工艺参数;然后,通过模拟发动机燃烧室一体化锯割试验,进一步验证了方法的安全性,最后,对贮存18年后的大型发动机燃烧室实施了安全切割。结果表明,该切割方法解剖非金属壳体发动机燃烧室具有高效和安全的优点,有望应用于复合材料壳体发动机寿命研究工程实践。 展开更多
关键词 固体发动机 燃烧室解剖 超声振动切割 锯割 贮存寿命
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碳纤维复合材料壳体轴压稳定性分析与试验验证 被引量：5
8
作者 栗永峰 周伟勇 +1 位作者 张磊 杜鹏程 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期186-191,共6页
针对碳纤维复合材料壳体轴压稳定性问题,提出了理论推导、数值模拟和试验验证相结合工程计算方法,获得了铺层相关参数对轴压稳定性的影响规律。基于层合板理论,计算了碳纤维复合材料壳体的等效弹性常数;以?150 mm碳纤维复合材料圆筒为... 针对碳纤维复合材料壳体轴压稳定性问题,提出了理论推导、数值模拟和试验验证相结合工程计算方法,获得了铺层相关参数对轴压稳定性的影响规律。基于层合板理论,计算了碳纤维复合材料壳体的等效弹性常数;以?150 mm碳纤维复合材料圆筒为研究对象,通过壳体破坏性轴压试验,验证了理论计算和有限元数值模拟的正确性;计算了碳纤维缠绕角及增加0°铺层对复合材料弹性常数的影响规律。研究结果表明,通过引入修正系数k=0.4,理论计算结果与实际轴压破坏载荷较为接近;通过增加0°铺层数,能够大幅度地提高壳体刚度,且对刚度提升的贡献远大于所引起的重量增加。复合材料刚度是决定壳体临界轴压载荷的关键因素,固体发动机设计过程中增加材料刚度可有效提升其轴压稳定性。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料壳体 等效弹性常数 临界轴压 稳定性分析
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力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体轴压稳定性分析 被引量：2
9
作者 栗永峰 周伟勇 +1 位作者 杜鹏程 张磊 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期622-627,共6页
为了研究炭纤维缠绕壳体在力热联合载荷下的轴压稳定性,通过试验测试了炭纤维复合材料单层板在不同温度下的弹性常数,计算出炭纤维复合材料壳体在不同温度下的等效弹性常数。基于层合板理论计算了炭纤维复合材料壳体的临界轴压,设计了... 为了研究炭纤维缠绕壳体在力热联合载荷下的轴压稳定性,通过试验测试了炭纤维复合材料单层板在不同温度下的弹性常数,计算出炭纤维复合材料壳体在不同温度下的等效弹性常数。基于层合板理论计算了炭纤维复合材料壳体的临界轴压,设计了力热联合载荷下炭纤维缠绕壳体试验方案,测试了壳体在不同温度下的轴压破坏载荷。结果表明,炭纤维复合材料壳体的临界轴压随温度升高逐渐降低;当使用温度超过树脂玻璃化温度后,壳体轴压破坏载荷呈指数级下降;在临界轴压理论计算公式的基础上取修正系数为0.04,可准确预示炭纤维复合材料壳体的轴压破坏载荷。相关结论和方法可为固体发动机复合材料壳体和外防热结构设计提供依据。 展开更多
关键词 炭纤维复合材料壳体 力热联合 临界轴压
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