HTPB 推進劑三點彎曲過程試驗與數值模擬

伍 鵬，李高春，王 鑫

（1. 海軍航空大學 研究生大隊，山東 煙臺 264001；2. 海軍航空大學 導彈總體與發動機教研室，山東 煙臺 264001）

1 引言

端羥基聚丁二烯（HTPB）推進劑廣泛應用于各類固體火箭發動機，發動機中推進劑藥柱的形狀復雜，在機械載荷的作用下，在某些關鍵部位產生損傷從而萌生裂紋。裂紋的產生導致發動機的燃面增大，進而影響發動機工作過程［1-2］，因此對推進劑裂紋的研究一直是人們關注的重點。張亞［3］研究了某型復合固體推進劑在Ⅰ-Ⅱ復合型裂紋下的斷裂行為，得到了不同裂紋傾斜角下裂紋擴展開裂角和斷裂載荷。龍兵［4］研究了高應變率下HTPB 推進劑的斷裂性能，發現推進劑的動態起裂韌性具有明顯的應變率敏感性，應變率越高，越表現為脆性斷裂特征。汪文強［5］研究了沖擊載荷下CMDB 裂紋尖端的損傷過程，獲得了推進劑的Ⅰ型動態起裂韌性，并建立了數值模型，模擬了推進劑靜態加載下的裂紋擴展過程，發現裂紋首先呈Ⅰ型擴展，最后以復合斷裂形式擴展失效。韓波［6］建立了HTPB 推進劑的粘聚區本構，對推進劑斷裂過程進行了數值模擬，較好地還原了推進劑Ⅰ-Ⅱ型裂紋擴展過程。職世君［7］以J 積分作為裂紋擴展起始判據，研究了不同裂紋擴展方向準則對復合型裂紋的擴展過程的影響，發現考慮裂尖構形的影響可以更精確地模擬裂紋初始擴展角度。上述文獻對裂紋的研究多是從宏觀角度進行的，材料在宏觀尺度上的力學表現都是由細觀尺度行為演化而成的［8］，從細觀尺度研究推進劑損傷過程，可以更好地理解推進劑的宏觀失效機理。……