[发明专利]一种材料弹性性能原位局部触压测量方法及测量系统

说明书

本发明涉及一种材料弹性性能原位局部触压测量方法及测量系统，其中，方法包括：对试样进行局部触压测试，其中，分别获取压头的材料和几何参数，压头对试样施加的压力，压头在所述试样上的压入深度，以及试样表面上与压头中心轴具有一定距离的观测位置点在形变过程沿平行于试样表面方向所产生的位置点移动距离；基于赫兹接触应力理论构建压力和压入深度之间的第一关系式；基于布西内斯克空间半无限弹性体在集中力作用下的位移计算理论构建位置点移动距离、压力和观测位置点与所述压头中心轴之间距离的第二关系式；基于第一关系式和第二关系式获取试样的试样材料泊松比；基于试样材料泊松比获取试样的试样材料弹性模量。

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机推进剂性能测量领域，尤其涉及一种材料弹性性能原位局部触压测量方法及测量系统。

背景技术

固体火箭发动机具备组成结构简易、便于储存、易于维护的特点，同时以固体发动机为动力的飞行器具有发射准备工作量少、启动迅速、机动灵活等优点，因此以固体发动机为动力的各类飞行器已成为一种较为主流的运载工具。在固体发动机的基础组成构造中，固体推进剂药柱占整个固体发动机总质量的90％以上，是固体发动机的核心部件，其性能是决定固体发动机水平的关键。

由于固体火箭发动机从浇注生产到发射使用往往需要经过一个漫长的时间过程，在这一过程中，发动机药柱将受到化学老化作用、重力作用、交变温度作用及运输振动作用等带来的多种损伤因素的影响，在这些影响的作用下药柱的力学性能将会发生劣化变化。目前对于发动机药柱推进剂力学性能的劣化水平计量评估主要有两种方式，一是通过对同批浇注推进剂方坯试样的力学性能的测量进行评估；二是通过对同一批次的发动机进行抽样解剖，将解剖后获得的推进剂试样的力学性能的测量进行评估。这两种检测方式与固体火箭发动机药柱力学性能的精准检测要求均有一定差距；具体的，当利用同批浇注方坯检测时，两者仅是老化时间相同，老化水平相近，由于方坯与发动机药柱的结构形式不同，重力作用、交变温度作用等外界因素对两者带来的蠕变影响均不相同，经过长期贮存后，两者的力学性能存在一定差异，因此方坯力学性能不能精准反应发动机内部药柱的力学性能劣化状态。而采用同批抽样解剖时，由于每个固定发动机的服役历程不同，所经受的温度、振动等环境影响及其他偶然影响因素不同，从而导致不同固体发动机力学劣化水平并不相同，因此同批固体发动机抽样解剖试样的力学性能也不能精确反应每一枚导弹发动机药柱的真实力学性能状态。为了精准评估每个发动机药柱力学性能劣化变化状态，亟需开发能够对每一台发动机都能进行原位无损力学性能测试的检测计量技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料弹性性能原位局部触压测量方法及测量系统，用于实现固体火箭发动机推进剂性能的原位局部无损触压测量。

为实现上述发明目的，本发明提供一种材料弹性性能原位局部触压测量方法，包括：

S1.对试样进行局部触压测试，其中，分别获取压头的材料和几何参数，所述压头对所述试样施加的压力，所述压头在所述试样上的压入深度，以及所述试样表面上与所述压头中心轴具有一定距离的观测位置点在形变过程沿平行于试样表面方向所产生的位置点移动距离；

S2.基于赫兹接触应力理论构建所述压力和所述压入深度之间的第一关系式；

S3.基于布西内斯克空间半无限弹性体在集中力作用下的位移计算理论构建所述位置点移动距离、所述压力和所述观测位置点与所述压头中心轴之间距离的第二关系式；

S4.基于所述第一关系式和所述第二关系式获取所述试样的试样材料泊松比；

S5.基于所述试样材料泊松比获取所述试样的试样材料弹性模量。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，对试样进行局部触压测试的步骤中，所述压头沿垂直于所述试样的表面的方向施压；

所述压头采用球形压头；

所述压头材料与几何参数包括：压头材料弹性模量，压头材料泊松比，以及压头外形尺寸。