[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

摘要

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。

主权项

1.一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；然后依据高温加速老化等当系数r_G^T＝高温计算出20℃时不同低应力水平固体推进剂力学性能的衰减速率k_ε^T＝20；20℃时不同低应力水平固体推进剂力学性能的衰减速率k_ε^T＝20由式(2)计算：其中，r_G^T＝高温为温度T时固体推进剂的高温加速老化等当系数，由行业标准QJ2328A‑2005获得；根据上述获得k_ε^T＝20，通过式(3)计算20℃时固体推进剂在不同低应变水平下的松弛断裂时间τ_ε2：其中，τ_ε2为20℃时固体推进剂在不同低应变水平的松弛断裂时间，P_s为固体推进剂在20℃时力学性能设计要求的下限值；S4、建立松弛断裂时间模型：依据步骤S2和步骤S3试验结果，采用唯像法建立了固体推进剂宽应变区域内松弛断裂时间模型如式(4)所示，并进行模型参数的拟合：其中，τ_ε为松弛断裂时间，ε为应变水平，所述τ_ε和ε分别对应于步骤S2中获得的τ_ε1和高应变水平值，以及步骤S3获得τ_ε2和低应变水平值，为已知量；m、n为常数，w为应变载荷对松弛断裂时间的影响因子，所述m、n、w的值通过所述步骤S2、S3的试验数据拟合获得；S5、确定装药极限破坏温度：采用S1制备的固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器进行递进式的降温试验，当每个温度点装药达到温度平衡后观察其结构是否完整，装药结构破坏时所对应的试验温度为极限破坏温度T_min；S6、确定低温应力等效加速试验温度：低温应力等效加速试验温度T_a高于步骤S5所得的极限破坏温度T_min；S7、确定装药危险部位持久应变载荷：分别测量固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器在贮存温度下危险部位的尺寸和低温应力等效加速试验温度下危险部位的尺寸，然后利用式(5)分别计算出贮存温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的危险部位的持久应变和低温应力等效加速试验温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的危险部位的持久应变：其中，ε_T为不同温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的危险部位的持久应变；δ_T为不同温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器危险部位的尺寸，δ₀为固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器危险部位固化时的尺寸；S8、确定低温应力等效加速试验时间：将步骤S7确定的贮存温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的危险部位的持久应变和低温应力等效加速试验温度下固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的危险部位的持久应变分别代入式(4)中计算出装药固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器在贮存温度下的预估断裂时间τ_T＝贮存和低温应力等效加速试验温度下的预估断裂时间τ_T＝低温，然后依次利用式(6)低温应力加速系数r_D，再利用式(7)计算出低温应力等效加速试验时间t；其中，t_期望为推进剂装药在贮存温度下期望达到的贮存时间；S9、开展低温应力等效加速试验：依据步骤S6确定的低温应力等效加速试验温度T_a、步骤S8确定的低温应力等效加速试验时间t开展固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的低温应力等效加速试验；S10、核定低温应力等效加速试验后装药结构完整性：低温应力等效加速试验结束后，通过X射线或CT或内窥镜核定固体发动机装药和/或模拟型号装药的结构试验器的结构完整性；S11、评估长期贮存状态装药的结构完整性：依据步骤S10中核定的低温应力等效加速试验后装药结构完整性结果，评估长期贮存状态下装药的结构完整性，如果步骤S10中核定低温应力等效加速试验后装药结构完整未破坏，则表明装药在常温下期望贮存时间内结构完整，反之则表明在常温下期望贮存时间内结构不完整，出现破坏。