[发明专利]一种固体发动机装药低温应力等效加速试验方法

说明书

提供了一种固体发动机装药低温应力等效加速试验方法，该方法基于时温损伤等效原理，采用定应变断裂和热力耦合加速老化相结合的试验方法；获得了宽应变区域内固体推进剂松弛破坏时间模型；联合装药在长期贮存/低温应力加速状态下危险部位的持久应变，计算出装药的低温应力加速系数和等效加速试验时间，确定了其在长期贮存和低温应力加速状态的等效关系；根据已确定的试验温度和时间开展试验；依据试验后固体发动机装药的结构完整性来评估其在长期贮存状态下的结构完整性。本方法实现了固体发动机装药长期贮存状态下结构完整性的快速测定和评估，应用于固体发动机装药寿命评估、定寿和延寿，可节省大量的试验经费及时间。

技术领域

本发明总体地涉及固体发动机技术领域，具体地涉及一种固体发动机装药低温应力等效加速试验方法。

背景技术

固体发动机装药由壳体、绝热层、衬层和固体推进剂浇注而成，是导弹武器的主要动力系统。固体推进剂是由高分子基体和固体颗粒填充物混合而成，其力学性能依赖于温度、时间及加载历史。在长期贮存过程中固体发动机装药内表面的固体推进剂处于一种持久应变状态，存在松弛断裂的可能，故持久应变状态下推进剂的破坏研究，对固体发动机装药的结构完整性评估、寿命评估、定寿和延寿具有重要意义。

为了研究固体推进剂的破坏规律，国内外学者以经典强度理论为基础提出了诸强度准则，如Tresca准则、Mises准则、修正Mises准则、Hashin准则、Tsai-Hill准则、Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则等，但对持久载荷作用下固体推进剂的松弛断裂问题研究较少，早期固体发动机装药贮存过程中持久载荷对其结构完整性和寿命影响的问题未受重视，也缺乏必要的理论、试验方法。近年来随着导弹武器发动机寿命评估、定寿延寿愈来愈受到重视且诸多贮存专项实施，已充分认识到固体发动机装药所受持久载荷对其结构完整性、寿命预估、定寿延寿的重要性，因此持久载荷作用下固体发动机装药的理论研究、试验方法得到深入研究和快速发展。由于进行自然贮存状态下固体发动机装药结构完整性的评估、定寿延寿所需试验周期很长，不满足型号贮存专项需求，也不满足部队使用和工业生产部门的需求，因此迫切需要一种快速的试验评估方法。

发明内容

本发明针对现有技术问题，提出一种固体发动机装药低温应力等效加速试验方法，该方法可实现固体发动机装药长期贮存状态下物理损伤效应(持久载荷)的快速测定和评估，可应用于固体发动机装药结构完整性分析、寿命评估、定寿和延寿。

本发明的技术方案是，一种固体发动机装药低温应力等效加速试验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1、样品制备：制备试验所需的固体推进剂标准哑铃型试样和固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器；

S2、高应变区域定应变断裂试验：采用步骤S1制备的固体推进剂标准哑铃型试样在20℃±5℃进行不同高应变水平下的定应变断裂试验，观察并记录试样在不同高应变水平下的松弛断裂时间τ_ε1；

S3、低应变区域热力耦合加速老化试验：采用步骤S1制备的固体推进剂标准哑铃型试样开展不同低应变水平的定应变高温加速老化试验，所述不同低应变水平值至少为3个；通过试验结果分别获得推进剂高温下在不同低应变水平时力学性能的衰减速率k_ε^T＝高温；

所述固体推进剂高温下力学性能的衰减速率k_ε^T＝高温由式(1)计算：

其中，k_ε^T＝高温为固体推进剂高温下力学性能的衰减速率；P₀为固体推进剂在20℃时的初始力学性能；P(t)为高温老化试验时间t时刻后固体推进剂的力学性能，通常高温T的温度范围为40℃～70℃；所述力学性能为最大抗拉强度或伸长率；