[发明专利]含脱湿的推进剂动态热粘弹性本构模型的构建和应用方法

说明书

本发明公开了一种含脱湿的推进剂动态热粘弹性本构模型的构建和应用方法，模型的构建方法实施步骤包括：建立率相关本构方程，确立脱湿因子、温度修正系数，确立含脱湿因子、温度修正系数的率相关本构模型；模型的应用方法步骤包括构建含脱湿因子、温度修正系数的率相关本构模型并推导模型的增量格式；使用有限元软件的扩展功能接口对增量格式的含脱湿因子、温度修正系数的率相关本构模型进行编程，得到用户子程序，使用有限元软件调用用户子程序。本发明的模型构建方法能更精确的预测粘弹性材料结构在冲击和振动等动态载荷下的力学行为，同时对构建的本构模型进行数值实现，可在有限元软件中对粘弹性材料结构进行准确的动力学分析。

技术领域

本发明涉及粘弹性材料本构模型研究领域，具体涉及一种含脱湿的推进剂动态热粘弹性本构模型的构建和应用方法，涉及固体推进剂率相关本构模型的构建，用于以固体推进剂为代表的需考虑细观损伤和温度效应的粘弹性材料的本构模型的构建和应用。

背景技术

固体推进剂药柱作为固体火箭发动机的能量来源和主要部分，在其全寿命周期中需要承受温度、内压、振动、冲击等复杂载荷，其中的动态载荷，会使得药柱在一定时间后发生疲劳裂纹或者破坏，影响甚至破坏药柱结构完整性。对于药柱结构的动力学分析，必须采用考虑动态效应的粘弹性本构模型，目前商业有限元软件只包含简单的本构模型，不能精确描述固体推进剂的动态力学响应。

工程经验表明，发动机药柱失效时推进剂往往并未达到其力学性能极限，而与“脱湿”损伤有很强相关性。目前“脱湿”等细观损伤对药柱结构完整性的影响。同时，温度是影响推进剂力学性能的一大因素。复合固体推进剂在动态载荷下呈现出非线性粘弹性特性，其力学响应呈现出较为复杂的率相关性。目前存在的推进剂率相关本构模型，还未有考虑“脱湿”等细观损伤和温度效应的。要实现动态载荷下推进剂药柱的精细结构完整性分析技术，必须有可以精确描述推进剂动态力学性能的本构模型。

现有的商业有限元软件中，对粘弹性材料结构进行动态分析时，采用简单的静态模型，所得结果与实际情况差别较大。但商业有限元软件提供了相应的软件接口，可实现对新型本构模型的编程实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种针对以固体推进剂为代表的粘弹性材料，在现有率相关本构模型的基础上，考虑脱湿细观损伤和温度对力学性能的影响，添加脱湿因子和温度系数，能更精确的预测粘弹性材料结构在冲击和振动等动态载荷下的力学行为，同时对构建的本构模型进行数值实现，可在有限元软件中对粘弹性材料结构进行准确的动力学分析的含脱湿的推进剂动态热粘弹性本构模型的构建和应用方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

首先，本发明提供一种含脱湿的推进剂动态热粘弹性本构模型的构建方法，施步骤包括：

1)建立用于描述粘弹性材料动力学行为的率相关本构方程；

2)确立脱湿因子；

3)确立率相关本构方程的温度修正系数；

4)确立含脱湿因子、温度修正系数的率相关本构模型。

优选地，步骤1)中建立的率相关本构方程如式(1)所示；