一種基于損傷機制的刻痕膜片斷裂行為數值計算方法

姜 薇，許紅衛，霍世慧

(液體火箭發動機技術重點實驗室,陜西 西安 710100)

0 引言

金屬膜片閥廣泛應用于軌姿控發動機推進劑供應系統中，具有重要功能。為了精確控制膜片的破裂壓力和部位，需要預先在膜片上加工一定幾何形狀的刻痕，常見的刻痕幾何形式主要有單鉸，雙鉸以及輻射等幾種。通常，膜片無刻痕面直接與推進劑接觸，膜片在液體或氣體壓力作用下向下游鼓起，預制的刻痕面受拉，刻痕(裂紋)張開。刻痕膜片受到橫向壓力和彎曲變形作用，屬于I、II型混合模式的裂紋問題。此外，刻痕膜片材料一般選用鋁、銅、鈦等韌性金屬，其斷裂過程會伴隨著大變形和大范圍屈服，塑性區尺寸大于斷裂過程區尺寸和結構特征尺寸(膜片剩余厚度)，屬于韌性斷裂研究范疇。膜片閥的開啟應具有高度的可靠性，然而現有的設計方法中，無法考慮膜片受壓變形后，刻痕附近復雜的應力狀態及變形模式，將其簡單地處理為純剪切載荷下的破裂過程進行估算，常常不能得到準確的膜片破裂壓力。實際生產中依靠大量的抽樣爆破試驗來保證同批次產品具有穩定合格的破裂壓力。解決該問題的一個切實可行的方法是對刻痕膜片結構的韌性裂紋擴展機理進行深入研究，發展能夠準確計算破裂壓力、合理模擬刻痕膜片斷裂過程的數值分析方法，深入研究膜片破裂壓力對材料性能、剩余厚度、刻痕幾何形狀等因素的依賴性。

本文以某軌姿……