[发明专利]推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法，包括以下步骤：采用超弹性模型和粘弹性模型作为本构模型的基本框架；根据温度效应改进超弹性模型；根据温度效应和高应变率效应改进粘弹性模型；根据改进的超弹性模型和改进的粘弹性模型构建本构模型；获取不同的温度效应和高应变率效应下的实验数据；根据实验数据和本构模型得到本构模型的参数；检验参数辨识后的本构模型。本发明能够对推进剂在低温高应变率条件下的力学行为进行精确预测，并能够提高关于低温高过载工况下推进剂结构完整性的计算精度，从而能够提高固体发动机在低温高过载工况下的安全性。

技术领域

本发明涉及固体推进剂技术领域，尤其涉及一种推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法。

背景技术

目前的复合推进剂主要由高分子粘合剂、氧化剂、金属燃料组成，广泛应用于固体火箭发动机中，并且在实际应用中为了进行发动机药柱结构完整性分析，需要建立相应的本构模型。

然而，目前大多采用复合推进剂的准静态粘弹性本构模型进行发动机药柱结构完整性分析，但是这种方法通常用于小变形，准静态下压缩应力-应变行为的描述，不能很好地描述较高应变率下的应力-应变行为。进一步地，为了解决该问题，通常采用较新的本构方法，例如ZWT本构方法，该本构方法能够有效建立宽应变率范围的本构模型，但局限于单一温度，不能描述应力应变行为的温度相关性。

此外，随着固体火箭发动机应用领域的不断拓宽，可能会遇到低温和高应变率情况，可能导致固体推进剂药柱在受到冲击载荷作用下，伴随有应力波传播、热生成和热软化现象，产生有限变形，具有强烈的应变率效应，从而表现出不同于准静态时的动态力学性能特性和本构关系，并且推进剂在动态和准静态条件下的力学响应具有较大差别，因此采用准静态条件下的线粘弹性本构模型对药柱性能描述将会导致较大误差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法，能够对推进剂在低温高应变率条件下的力学行为进行精确预测，并能够提高关于低温高过载工况下推进剂结构完整性的计算精度，从而能够提高固体发动机在低温高过载工况下的安全性。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法，所述方法考虑温度效应和高应变率效应，包括以下步骤：采用超弹性模型和粘弹性模型作为本构模型的基本框架；根据所述温度效应改进所述超弹性模型；根据所述温度效应和所述高应变率效应改进所述粘弹性模型；根据改进的所述超弹性模型和改进的所述粘弹性模型构建所述本构模型；获取不同的所述温度效应和所述高应变率效应下的实验数据；根据所述实验数据和本构模型得到所述本构模型的参数；检验参数辨识后的所述本构模型。

根据本发明实施例提出的高应变率压缩力学本构模型的构建方法，通过采用超弹性模型和粘弹性模型作为本构模型的基本框架，进而根据温度效应改进超弹性模型，并根据温度效应和高应变率效应改进粘弹性模型，然后获取不同的温度效应和高应变率效应下的实验数据，并根据实验数据得到本构模型的参数，最后检验参数辨识后的本构模型，由此，能够对推进剂在低温高应变率条件下的力学行为进行精确预测，并能够提高关于低温高过载工况下推进剂结构完整性的计算精度，从而能够提高固体发动机在低温高过载工况下的安全性。

另外，根据本发明上述实例提出的推进剂的高应变率压缩力学本构模型的构建方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述超弹性模型为：

其中，C₁，C₂为待定参数，λ为沿载荷方向的伸长比。

根据本发明的一个实施例，所述粘弹性模型为：