固體推進(jìn)劑線粘彈性強(qiáng)度有限元計(jì)算方法研究.pdf

1、固體推進(jìn)劑線粘彈性強(qiáng)度有限元計(jì)算在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中具有非常重要的意義，是藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析的主要方法。固體推進(jìn)劑是高含固體顆粒的非晶態(tài)聚合物材料，具有粘彈性特征，澆鑄在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)后與殼體、絕熱層、襯層等構(gòu)成了復(fù)雜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中每一種材料的特性不同，外部載荷包括固化降溫、內(nèi)壓載荷、軸向過(guò)載、離心過(guò)載、長(zhǎng)期貯存等，必須用數(shù)值計(jì)算方法分析受力。 目前解決的方法是應(yīng)用有限單元法以及業(yè)已形成的各類設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前大型商業(yè)有限

2、元軟件粘彈性功能大同小異，由于是通用性的計(jì)算軟件，沒有能考慮到固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的一些具體需求，因此用FEM開發(fā)固體推進(jìn)劑有限元計(jì)算軟件非常需要。 本文針對(duì)固體推進(jìn)劑強(qiáng)度有限元計(jì)算，主要研究?jī)?nèi)容如下： 1)研究總結(jié)了固體推進(jìn)劑粘彈性強(qiáng)度有限元計(jì)算方法。固體推進(jìn)劑粘彈性強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算一般用有限單元方法，由于粘彈性材料的遺傳效應(yīng)項(xiàng)，計(jì)算時(shí)要考慮位移、應(yīng)力和應(yīng)變的歷史，根據(jù)歷史項(xiàng)的時(shí)間長(zhǎng)短，構(gòu)造了全量型和增量型算法。 2)研

3、究推導(dǎo)出了基于坐標(biāo)位置變化的粘彈性有限元增量型計(jì)算公式，單元基于等參元，算例用常應(yīng)變?nèi)切螁卧?，增量型公式分為單步增量性和多步增量型，單步型增量考慮上一計(jì)算時(shí)刻的值，多步型增量考慮上n個(gè)計(jì)算時(shí)刻的值。說(shuō)明如果不考慮坐標(biāo)位置變化的變化，這種增量型算法能夠退化到普通的增量型算法。 3)完成了基于線粘彈性復(fù)合推進(jìn)劑的有限元程序的編制，程序分別基于全量型和增量型，程序考慮了熱固耦合問題。在全量型粘彈性有限元中，應(yīng)用最新的數(shù)據(jù)存貯技術(shù)在微

4、型計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了海量過(guò)程數(shù)據(jù)的存貯，針對(duì)粘彈性有限元特征提出了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程貯存的基本框架。在增量型粘彈性有限元中，分別實(shí)現(xiàn)了單步和多步的增量情況，用軟件實(shí)現(xiàn)，并說(shuō)明增量型算法能夠應(yīng)用到幾何大變形的分析。 4)按照粘彈性-彈性對(duì)應(yīng)原理，推導(dǎo)了Laplace復(fù)象空間的單元?jiǎng)偠染仃嚪匠?，方程基于八?jié)點(diǎn)等參元，在算例中應(yīng)用了常應(yīng)變?nèi)切螁卧切螁卧幊杀容^容易。深入研究了線粘彈性有限元在象空間的問題特征及求解方法。分析了粘彈性復(fù)剛度矩陣