[發明專利]含脫濕的推進劑動態熱粘彈性本構模型的構建和應用方法

有效

• 申請號: 201710485805.3
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107391801B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 申志彬;馬浩;李道奎;張亮;馬曉琳;張曉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種含脫濕的推進劑動態熱粘彈性本構模型的構建和應用方法，模型的構建方法實施步驟包括：建立率相關本構方程，確立脫濕因子、溫度修正系數，確立含脫濕因子、溫度修正系數的率相關本構模型；模型的應用方法步驟包括構建含脫濕因子、溫度修正系數的率相關本構模型并推導模型的增量格式；使用有限元軟件的擴展功能接口對增量格式的含脫濕因子、溫度修正系數的率相關本構模型進行編程，得到用戶子程序，使用有限元軟件調用用戶子程序。本發明的模型構建方法能更精確的預測粘彈性材料結構在沖擊和振動等動態載荷下的力學行為，同時對構建的本構模型進行數值實現，可在有限元軟件中對粘彈性材料結構進行準確的動力學分析。

技術領域

本發明涉及粘彈性材料本構模型研究領域，具體涉及一種含脫濕的推進劑動態熱粘彈性本構模型的構建和應用方法，涉及固體推進劑率相關本構模型的構建，用于以固體推進劑為代表的需考慮細觀損傷和溫度效應的粘彈性材料的本構模型的構建和應用。

背景技術

固體推進劑藥柱作為固體火箭發動機的能量來源和主要部分，在其全壽命周期中需要承受溫度、內壓、振動、沖擊等復雜載荷，其中的動態載荷，會使得藥柱在一定時間后發生疲勞裂紋或者破壞，影響甚至破壞藥柱結構完整性。對于藥柱結構的動力學分析，必須采用考慮動態效應的粘彈性本構模型，目前商業有限元軟件只包含簡單的本構模型，不能精確描述固體推進劑的動態力學響應。

工程經驗表明，發動機藥柱失效時推進劑往往并未達到其力學性能極限，而與“脫濕”損傷有很強相關性。目前“脫濕”等細觀損傷對藥柱結構完整性的影響。同時，溫度是影響推進劑力學性能的一大因素。復合固體推進劑在動態載荷下呈現出非線性粘彈性特性，其力學響應呈現出較為復雜的率相關性。目前存在的推進劑率相關本構模型，還未有考慮“脫濕”等細觀損傷和溫度效應的。要實現動態載荷下推進劑藥柱的精細結構完整性分析技術，必須有可以精確描述推進劑動態力學性能的本構模型。

現有的商業有限元軟件中，對粘彈性材料結構進行動態分析時，采用簡單的靜態模型，所得結果與實際情況差別較大。但商業有限元軟件提供了相應的軟件接口，可實現對新型本構模型的編程實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種針對以固體推進劑為代表的粘彈性材料，在現有率相關本構模型的基礎上，考慮脫濕細觀損傷和溫度對力學性能的影響，添加脫濕因子和溫度系數，能更精確的預測粘彈性材料結構在沖擊和振動等動態載荷下的力學行為，同時對構建的本構模型進行數值實現，可在有限元軟件中對粘彈性材料結構進行準確的動力學分析的含脫濕的推進劑動態熱粘彈性本構模型的構建和應用方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

首先，本發明提供一種含脫濕的推進劑動態熱粘彈性本構模型的構建方法，施步驟包括：

1)建立用于描述粘彈性材料動力學行為的率相關本構方程；

2)確立脫濕因子；

3)確立率相關本構方程的溫度修正系數；

4)確立含脫濕因子、溫度修正系數的率相關本構模型。

優選地，步驟1)中建立的率相關本構方程如式(1)所示；