一种粘弹材料低温力学性能优劣的评价方法技术

本发明专利技术涉及一种粘弹材料低温力学性能优劣的评价方法，通过在不同温度下、较宽的应变速率范围下的单向拉伸力学性能测试，构建不同体系粘弹材料低温力学性能主曲线评价方法及抗拉强度受温度、应变速率影响的数学模型，提出了采用抗拉强度温度敏感指数、应变速率敏感指数评价粘弹材料低温力学性能优劣的方法。本发明专利技术的粘弹材料低温力学性能优劣的评价方法与常规方法比较，优点在于可以定量预测材料的低温力学性能，对粘弹性材料的单向拉伸低温力学性能的优劣实现定量评价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料力学性能测试
，具体设及一种粘弹材料低溫力学性能优 劣的评价方法，用于固体推进剂或其他粘弹性材料力学性能优劣的评价。
技术介绍
随着固体推进剂应用领域的不断拓展和任务的多样化，固体火箭发动机的工作溫 度越来越低，面临着低溫极端环境带来的风险日益增加，使得人们对固体火箭发动机的低 溫性能更加关注。低溫不仅会影响固体火箭发动机的内弹道性能，而且会显著影响推进剂 的力学性能，导致发动机发生点火爆炸等严重事故。美国Zimmerman等在研究少烟推进剂 (含AP、HMX、RDX)时遇到推进剂的低溫变脆问题。近年来国内在高固体含量、高燃速、宽溫度 范围的固体推进剂应用过程中也遇到低溫力学性能变差的问题，多家研制单位都曾发生发 动机低溫点火试车故障。因此，开展固体推进剂的低溫失效机理研究具有重要的意义。 目前对于战术发动机缺乏预判低溫试车药柱出现裂纹的失效判据。首先，模拟硫 化降溫和点火冲击响应的药柱结构完整性分析精度不高；其次，对表征推进剂的低溫点火 瞬间产生裂纹的破坏模式不清晰，未建立起可信的应力或应变破坏特征量;第Ξ，试验分析 手段欠缺，难W验证和改进理论分析水平。因此，急需开展相应基础研究，提高对战术导弹 固体发动机低溫工作失效机理的认识水平。 西北工业大学在中国专利CN201210004809.2中公开了一种应用拉压法测量粘弹 性材料力学参数的实验装置，包括壳体、力传感器、加速度传感器和激振器，激振器置于下 壳体内部，上壳体上装有预紧螺杆，预紧螺杆可带动定位滑块，力传感器和辅助垫片上下滑 动，辅助垫片与加速度传感器封装盖板用于夹持试件，加速度传感器放置在加速度传感器 封装下壳体内，加速度传感器封装下壳体与激振器固定连接。该装置基于迟滞相频原理，相 比于现有的引进装置，具有结构简单、测试精度高、测量频带宽等优点。定位滑块、传感器、 试件及激振器间具有高的同轴度，且实现了可靠面接触，使激振器的激励充分传递给试件， 同时确保传感器可靠测量相关物理量，从而使系统具有高的测量精度。但是，该专利需要设 计专用的测量装置进行配合，运极大地增加了测量成本，并且还存在着不能够定量预测材 料的低溫力学性能的问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种粘弹材料低溫力学性能优劣的评价方法，采用单向拉伸力学性 能试验，考虑溫度和不同拉速对力学性能的影响，建立数学物理模型，采用抗拉强度溫度敏 感指数、应变速率敏感指数对粘弹材料的低溫力学性能优劣进行定量评价。 本专利技术的技术解决方案是:通过对不同溫度、应变速率条件下的实验数据提出了 采用抗拉强度溫度敏感指数、应变速率敏感指数定量评价粘弹材料的低溫力学性能优劣的 方法。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：[000引一种粘弹材料低溫力学性能优劣的评价方法，其特征在于，所述的评价方法具体 包括下述步骤： (1)选定一种粘弹材料，制作成应力应变测试试件进行不同溫度、不同应变速率条 件下的单向拉伸应力应变测试； (2)将不同溫度和不同应变速率条件下的抗拉强度数据按照式（1)的数学模型进 行处理； (1)[001 ^ 式中代表粘弹材料的抗拉强度;。为脆性强度常数;ατ、βκ分别代表抗拉强度溫 度敏感指数和应变速率敏感指数，分别反映出粘弹性材料的抗拉强度对测试溫度和应变速 率的敏感程度，越大越敏感;Τ与R分别代表测试的绝对溫度和应变速率，单位分别为开尔文 和（mm/mm)/min。 式（1)是基于粘弹性材料的力学性能具有的时-溫等效原理和粘弹材料在不同溫 度、应变速率下的单向拉伸抗拉强度变化规律建立的数学模型，从该模型可看出升高溫度 与降低应变速率或降低溫度与增加应变速率对粘弹材料的抗拉强度的影响是等效的。 在一个优选的技术方案中，所述的溫度范围为-60°C~-20°C。[001引在一个优选的技术方案中，所述的现聯应变速率范围为l/35(mm/mm)/min~1000/ 7(mm/mm)/miη。 在一个优选的技术方案中，所述的应力应变测试试件为哑铃型试件。 在一个优选的技术方案中，所述的脆性强度常数Omc理解为代表测试溫度为化(相 当于-272.15°C)，应变速率为l(mm/mm)/min时的抗拉强度，脆性强度常数与推进剂的粘合 剂体系、组份配比、推进剂的玻璃化溫度、测试溫度范围等有关。[001引本专利技术的理论基础是:材料的时间依赖性和溫度依赖性只与材料自身特性有关， 不依赖于测试模式。 本专利技术相对于传统方法的优势在于： 1)可W通过比较ατ、化数值的相对大小，直观地反映粘弹性材料的抗拉强度对溫度 和应变速率的敏感程度。[002。 2)依据拟合得到的公式（1)，通过0mc、aT、故数据的可W推测不同溫度、应变速率下 的抗拉强度，不需做额外实验就可得获得溫度、应变速率对粘弹性材料力学性能的影响，尤 其是抗拉强度。【附图说明】 图1为X01推进剂不同溫度下单向拉伸抗拉强度随应变速率的变化曲线； 图2为AT随溫度的变化曲线。【具体实施方式】 为了更好地理解本专利技术，下面结合【具体实施方式】和说明书附图进一步阐明本专利技术 的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。 某配方固体推进剂制成哑铃型试件，按照表1设定溫度、拉伸速率进行应力应变测 试，将测试所得抗拉强度数据填入表1。 对表1和表2的测试数据用（1)式的数学模型进行处理。 (1)[002引 式中； 〇m。:脆性强度常数； ατ:抗拉强度溫度敏感指数； 故:抗拉强度应变速率敏感指数。 脆性强度常数omc可理解为代表测试溫度为1Κ(相当于-272.15°C)，应变速率为 Imm/mm/min时的抗拉强度，脆性强度常数与推进剂的粘合剂体系、组份配比、推进剂的玻璃 化溫度、测试溫度范围等有关。ατ、&的大小分别反映出推进剂的抗拉强度对测试溫度和应 变速率的敏感程度，越大越敏感;Τ与R分别代表测试的绝对溫度和应变速率，单位分别为开 尔文和(mm/mm)/min。式（1)是基于粘弹性材料的力学性能具有的时-溫等效原理和粘弹材 料在不同溫度、应变速率下的单向拉伸抗拉强度变化规律建立的数学模型，从该模型可看 出升高溫度与降低应变速率或降低溫度与增加应变速率对粘弹材料的抗拉强度的影响是 等效的。 WX01推进剂为例，具体说明如何根据数学模型得到相应的公式： 根据不同溫度下的抗拉强度随应变速率的变化趋势，W幕函数对不同溫度下的数 据点分布进行曲线拟合，得到各溫度下的幕函数关系式，详见图1、表3。 对表3中T与进行绘图和幕函数回归处理，得到图2 和相应的回归函数式为：相关系数为0.9993)。 对表3中的邮在置信水平为0.05时计算其置信区间，计算结果为：0.1176 ± 0.0104。综合上述处理结果便可得到下文(2)式所示的X01推进剂的抗拉强度与测试溫度和 应变速率之间的关系式。 W同样的方法对X02推进剂进行测试和数据处理，也可得到相应的数学模型关系 式。两种下径推进剂的抗拉强度与测试溫度和应变速率之间存在如下关系：[003引X01推进剂： 从(2)、（3)式可发现X02推进剂的脆性强度常数、抗拉强度溫度敏感指数、应变速 率敏感指数均较X01推进剂高，说明X02推进剂对溫度、应变速率更敏感，在相同低溫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘弹材料低温力学性能优劣的评价方法，其特征在于，所述的评价方法具体包括下述步骤：(1)选定一种粘弹材料，制作成应力应变测试试件进行不同温度、不同应变速率条件下的单向拉伸应力应变测试；(2)将不同温度和不同应变速率条件下的抗拉强度数据按照式(1)的数学模型进行处理；σm=σmc·(1T)αT·RβR---(1)]]>式中σm代表粘弹材料的抗拉强度；σmc为脆性强度常数；αT、βR分别代表抗拉强度温度敏感指数和应变速率敏感指数，分别反映出粘弹性材料的抗拉强度对测试温度和应变速率的敏感程度，越大越敏感；T与R分别代表测试的绝对温度和应变速率，单位分别为开尔文和(mm/mm)/min。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何铁山，李磊，王宁，杜芳，姚南，胡建江，吴世曦，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42