推进剂装药耐炮射过载测试评估方法技术

本发明专利技术公开的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，涉及一种固体火箭推进剂装药耐炮射过质量评价方法，属于固体推进剂装药领域。本发明专利技术实现方法为：通过建立影响推进剂力学性能的三个关键参数(应力应变率对数曲线的转折前曲线斜率、转折点及转折后曲线斜率)与推进剂装药抗过载能力的对应关系，建立基于力学失效的装药长径比与抗过载能力的对应关系、基于热失效的装药壁面间隙与抗过载能力的对应关系，根据所述对应关系能够评估推进剂装药耐炮射过载能力，根据评估结果明确推进剂力学性能参数改进方向，明确推进剂装药结构参数的改进方向，进而提高满足工程要求的炮射抗过载推进剂装药研发效率，解决抗过载推进剂装药领域相关工程问题。

Testing and Assessment Method of Propellant Charge Resistance to Gun Shooting Overload

【技术实现步骤摘要】
推进剂装药耐炮射过载测试评估方法
本专利技术涉及一种固体火箭推进剂装药耐炮射过质量评价方法，特别涉及一种固体推进剂装药耐炮射过载条件的测试评估方法，属于固体推进剂装药领域。
技术介绍
固体推进剂装药在炮射环境下承受上万g的轴向过载，对发动机装药的结构产生较大影响，容易造成装药结构完整性破坏等恶劣现象。同时，炮射过载条件下装药发生较大变形且存在振荡，与发动机壳体之间的摩擦作用可能造成热点形成，进而导致意外点火的危险情况。推进剂装药的抗过载质量评估，可以通过试验获得推进剂的材料性能，建立本构方程和失效判据，再通过有限元计算得到装药的抗过载响应，结合失效判据分析装药的抗过载能力。炮射过载条件下，推进剂装药发生宽应变率力学响应，传统方法中通过准静态推进剂性能和失效判据进行装药抗过载评估可靠性较低，并且在热安全性方面缺乏定量的失效判据。同时，对影响推进剂力学性能的关键参数不明确，对影响装药抗过载能力的结构参数不明确，造成推进剂力学性能抗过载设计及装药结构抗过载安全性设计的盲目性，增加产品研发中的工作量和成本。
技术实现思路
本专利技术公开的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法要解决的技术问题是：提供一种推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，所述评估方法建立影响推进剂力学性能的三个关键参数(应力应变率对数曲线的转折前曲线斜率、转折点及转折后曲线斜率)与推进剂装药抗过载能力的对应关系，建立基于力学失效的装药长径比与抗过载能力的对应关系、基于热失效的装药壁面间隙与抗过载能力的对应关系，根据所述对应关系能够评估推进剂装药耐炮射过载能力，根据评估结果明确推进剂力学性能参数改进方向，明确推进剂装药结构参数的改进方向，进而提高满足工程要求的炮射抗过载推进剂装药研发效率，解决抗过载推进剂装药领域相关工程问题。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，实现方法如下：通过对待评估的推进剂进行宽应变率力学测试得到应力应变曲线，通过应力应变曲线获得待评估的推进剂在不同应变率下的屈服强度，通过屈服强度建立待评估的推进剂率相关的屈服失效判据。对待评估的推进剂进行摩擦感度试验，基于摩擦功定量评价摩擦感度对应的产热量，建立热失效判据。将应力应变曲线变换为应力应变率对数曲线，所述应力应变率对数曲线为带有转折点的双线性曲线，转折前曲线的斜率、转折点及转折后曲线斜率为影响推进剂力学性能的三个关键参数，通过所述三个关键参数能够反演出应力应变曲线。根据反演的应力应变曲线，建立描述待评估推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程。通过该本构方程进行抗过载数值计算，结合计算结果和建立的屈服失效判据评估出待评估推挤装药的抗过载能力。调整上述关键参数，获得新的推进剂，通过反演新推进剂应力应变曲线，进一步建立描述新推进剂力学性能的本构方程，再次进行抗过载计算，获得新推进剂的抗过载能力。重复上述过程可以获得在待评估装药结构条件下，影响推进剂力学性能的三个关键参数与抗过载能力之间的关系。基于上述建立的不同推进剂的本构方程，调整装药结构的长径比，通过数值计算并结合力学失效判据，得到装药长径比与抗过载能力之间的关系；调整装药与发动机壳体之间的缝隙，通过数值计算并结合热失效判据，得到装药壁面间隙与抗过载能力之间的关系。本专利技术公开的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，包括以下步骤：步骤一，对初始方案给定的推进剂进行宽应变率力学性能测试和推进剂摩擦感度测试。所述的初始方案包括待评估的推进剂和装药结构。步骤二，通过步骤一所述的宽应变率力学测试得到待评估推进剂的应力应变曲线，通过应力应变曲线获得待评估的推进剂在不同应变率下的屈服强度，通过屈服强度建立待评估的推进剂率相关的屈服失效判据。通过步骤一所述的摩擦感度试验获得待评估推进剂的摩擦感度试验数据，通过式计算选定摩擦感度对应的摩擦功产热阈值，建立基于摩擦功的热安全性判据。步骤三，将步骤二获得的待评估推进剂应力应变曲线变换为应力应变率对数曲线，所述应力应变率对数曲线为带有转折点的双线性曲线，转折前曲线斜率、转折点及转折后曲线斜率为影响推进剂力学性能的关键参数，并且通过影响推进剂力学性能的三个关键参数能够反演出对应的待评估推进剂应力应变曲线。根据反演的待评估的推进剂的应力应变曲线建立描述待评估的推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程。所述推进剂力学性能的三个关键参数包括转折前曲线斜率、转折点及转折后曲线斜率。步骤三实现方法为：根据步骤二建立的待评估推进剂率相关的屈服失效判据，得到不同应变率对应的屈服应变为εy，截取宽应变率应力应变曲线中应变值为预设截取范围内的数据点，所述预设截取范围为屈服前靠近屈服点的一个小范围。在截取的应变范围内均布取若干个应变值，将试验数据插值后提取相应若干个应变值对应的应力及应变率数据，绘制应力-应变率对数坐标曲线，在宽应变率范围内应力随应变率对数变化近似呈现双线性规律，即存在一个转折应变率，在转折应变率前、后应力随应变率对数线性变化。根据曲线变化选取转折应变率，对该曲线按式(1)进行双线性拟合，选取的转折应变率应使得拟合后的数据相对原始数据方差最小。拟合结果中每个εi对应一个参数系列，所述一个参数系列包括第一段斜率k1,i，第二段斜率k2,i，转折应变率式中：σi——第i个应变对应的应力，i＝1～n，单位MPa；εi——截取范围内均布选取的应变值，i＝1～n；——应变率，单位s-1；k1,i,b1,i——第i个应变对应的第一段直线系数，i＝1～n；k2,i,b2,i——第i个应变对应的第二段直线系数，i＝1～n；——某一应变率下第i个应变对应的转折应变率，i＝1～n，单位s-1。对拟合得到的对应若干个双线性参数系列按照式(2)取均值，得到描述该待评估推进剂力学性能的三个关键参数k1，k2，所述转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2即为影响推进剂力学性能的关键参数。通过通过影响推进剂力学性能的三个关键参数k1，k2，能够反演出对应的待评估推进剂应力应变曲线。根据反演的待评估推进剂的应力应变曲线建立描述待评估的推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程。步骤四，将步骤一中所述初始方案待评估的推进剂和装药结构作为数值仿真的输入条件，基于步骤三建立的描述待评估推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程进行抗过载数值仿真计算，结合上述数值计算结果和步骤二建立的屈服失效判据评估出待评估推挤装药的抗过载能力。步骤五，通过调整影响推进剂力学性能的三个关键参数转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2能够反演出调整后待评估推进剂应力应变曲线。根据调整后三个关键参数反演的调整后推进剂应力应变曲线建立描述调整后待评估推进剂宽应变率的学性能的Prony级数本构方程。步骤六，按照步骤五更新的Prony级数本构方程进行抗过载数值仿真计算，结合数值仿真计算结果和建立的屈服失效判据评估出调整后待评估推挤装药的抗过载能力。步骤七，重复步骤五和步骤六，得到在步骤一所述初始方案装药结构条件下，抗过载需求对应三个关键参数转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2的范围，根据抗过载需求对应三个关键参数的范围明确推进剂力学性能参数改进方向，进而提高炮射抗过载推进剂研发效率，进而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，对初始方案给定的推进剂进行宽应变率力学性能测试和推进剂摩擦感度测试；所述的初始方案包括待评估的推进剂和装药结构；步骤二，通过步骤一所述的宽应变率力学测试得到待评估推进剂的应力应变曲线，通过应力应变曲线获得待评估的推进剂在不同应变率下的屈服强度，通过屈服强度建立待评估的推进剂率相关的屈服失效判据；通过步骤一所述的摩擦感度试验获得待评估推进剂的摩擦感度试验数据，通过式

【技术特征摘要】
2019.01.28 CN 20191007987621.推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一，对初始方案给定的推进剂进行宽应变率力学性能测试和推进剂摩擦感度测试；所述的初始方案包括待评估的推进剂和装药结构；步骤二，通过步骤一所述的宽应变率力学测试得到待评估推进剂的应力应变曲线，通过应力应变曲线获得待评估的推进剂在不同应变率下的屈服强度，通过屈服强度建立待评估的推进剂率相关的屈服失效判据；通过步骤一所述的摩擦感度试验获得待评估推进剂的摩擦感度试验数据，通过式计算选定摩擦感度对应的摩擦功产热阈值，建立基于摩擦功的热安全性判据；步骤三，将步骤二获得的待评估推进剂应力应变曲线变换为应力应变率对数曲线，所述应力应变率对数曲线为带有转折点的双线性曲线，转折前曲线斜率、转折点及转折后曲线斜率为影响推进剂力学性能的关键参数，并且通过影响推进剂力学性能的三个关键参数能够反演出对应的待评估推进剂应力应变曲线；根据反演的待评估的推进剂的应力应变曲线建立描述待评估的推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程；所述推进剂力学性能的三个关键参数包括斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2；步骤四，将步骤一中所述初始方案待评估的推进剂和装药结构作为数值仿真的输入条件，基于步骤三建立的描述待评估推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程进行抗过载数值仿真计算，结合上述数值计算结果和步骤二建立的屈服失效判据评估出待评估推挤装药的抗过载能力；步骤五，通过调整影响推进剂力学性能的三个关键参数转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2能够反演出调整后待评估推进剂应力应变曲线；根据调整后三个关键参数反演的调整后推进剂应力应变曲线建立描述调整后待评估推进剂宽应变率的学性能的Prony级数本构方程；步骤六，按照步骤五更新的Prony级数本构方程进行抗过载数值仿真计算，结合数值仿真计算结果和建立的屈服失效判据评估出调整后待评估推挤装药的抗过载能力。2.如权利要求1所述的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，其特征在于：步骤三实现方法为，根据步骤二建立的待评估推进剂率相关的屈服失效判据，得到不同应变率对应的屈服应变为εy，截取宽应变率应力应变曲线中应变值为预设截取范围内的数据点，所述预设截取范围为屈服前靠近屈服点的一个小范围；在截取的应变范围内均布取若干个应变值，将试验数据插值后提取相应若干个应变值对应的应力及应变率数据，绘制应力-应变率对数坐标曲线，在宽应变率范围内应力随应变率对数变化近似呈现双线性规律，即存在一个转折应变率，在转折应变率前、后应力随应变率对数线性变化；根据曲线变化选取转折应变率，对该曲线按式(1)进行双线性拟合，选取的转折应变率应使得拟合后的数据相对原始数据方差最小；拟合结果中每个εi对应一个参数系列，所述一个参数系列包括第一段斜率k1,i，第二段斜率k2,i，转折应变率式中：σi——第i个应变对应的应力，i＝1～n，单位MPa；εi——截取范围内均布选取的应变值，i＝1～n；——应变率，单位s-1；k1,i,b1,i——第i个应变对应的第一段直线系数，i＝1～n；k2,i,b2,i——第i个应变对应的第二段直线系数，i＝1～n；——某一应变率下第i个应变对应的转折应变率，i＝1～n，单位s-1；对拟合得到的对应若干个双线性参数系列按照式(2)取均值，得到描述该待评估推进剂力学性能的三个关键参数k1，k2，所述转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2即为影响推进剂力学性能的关键参数；通过通过影响推进剂力学性能的三个关键参数k1，k2，能够反演出对应的待评估推进剂应力应变曲线；根据反演的待评估推进剂的应力应变曲线建立描述待评估的推进剂宽应变率力学性能的Prony级数本构方程。3.如权利要求2所述的推进剂装药耐炮射过载测试评估方法，其特征在于：还包括步骤七，重复步骤五和步骤六，得到在步骤一所述初始方案装药结构条件下，抗过载需求对应三个关键参数转折前曲线的斜率k1、转折点及转折后曲线斜率k2的范围，...

【专利技术属性】
技术研发人员：白龙，谢侃，高俊，周海霞，王宁飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11