[發明專利]一種基于CMDB推進劑損傷過程的推進劑力學預測方法

有效

• 申請號: 201910082834.4
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109829231B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 周海霞;謝侃;李世鵬;隋欣;白龍;王寧飛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種基于CMDB推進劑損傷過程的推進劑力學預測方法，其特征在于：包括如下步驟，步驟一：構建Schapery損傷演化模型；Schapery基于不可逆熱力學和損傷力學建立的含損傷的非線性粘彈性本構模型在恒溫條件下表示為

其中：E_R為允許任意選擇數值的參考模量，作用在于使得ε^R與應變的單位保持一致；E(t)為材料的松弛模量；ε^R為偽應變；W^R為偽應變能密度函數；C(S)為軟化函數，以損傷變量S的函數的形式描述應力應變曲線偏離線性粘彈性的程度；損傷演化中的材料參數S為損傷變量，描述推進劑內部微裂紋、微孔洞的產生和發展對材料力學性能的損傷；

步驟二：對步驟一建立的Schapery含損傷粘彈性本構模型進行參數辨識，將參數辨識后的軟化函數C(S)代入Schapery含損傷粘彈性本構模型；

步驟二實現方法為，材料松弛模量E(t)、單軸試驗數據、損傷演化作為Schapery含損傷粘彈性本構模型的參數辨識的輸入，通過不斷迭代，直至獲得使得不同應變率下C-S軟化曲線具有較好重合度的α的值，并根據C-S軟化曲線的形狀確定C(S)方程形式和參數；

對步驟一建立的Schapery含損傷粘彈性本構模型進行參數辨識包含兩部分：(1)材料松弛模量的方程形式及參數；(2)軟化函數C(S)的方程形式及參數；

具體實現方法為：

步驟2.1：獲取Schapery含損傷粘彈性本構模型中材料的松弛模量E(t)數據，確定材料松弛模量的方程形式及參數，即實現材料松弛模量參數辨識；

與線性粘彈性本構模型一致，Schapery本構模型中的松弛模量也采用Prony級數表示，其參數通過靜態松弛試驗獲得；然而，推進劑材料其在靜態和動態載荷下的力學性能具有較大差異，使用基于靜態松弛試驗的松弛模量將導致Schapery本構模型的描述失真；因此，使用Prony級數擬合單軸壓縮數據的初始線性段的方式獲取推進劑的松弛模量方程形式及參數；

步驟2.2：計算不同應變率下的偽應變ε^R數據和軟化函數C(S)，并確定軟化函數C(S)的方程形式及參數；

根據單軸壓縮試驗中的各個數據點對應的時刻值t和推進劑的松弛模量E(t)，計算不同應變率不同時刻時的偽應變值，所得到的偽應變數據和單軸壓縮試驗數據在時刻上具有一一對應關系；在初始線性段，軟化函數C(S)＝1；隨時間增加，應變增大，材料出現損傷，軟化函數C(S)值開始不斷減小；

采用如式(3)所示方程形式來描述軟化函數C(S)，

軟化函數C(S)在雙指數函數形式的基礎上添加一項損傷變量S的修正項，軟化函數C(S)對CMDB推進劑的C-S軟化曲線具有更好的描述效果，該形式滿足物理實際對C(S)方程的要求，即C(0)＝1；用公式(3)對C-S軟化曲線進行擬合，得到參數A1、A2、A3，從而實現軟化函數C(S)的參數辨識；

步驟2.3：將步驟2.2參數辨識后的軟化函數C(S)代入Schapery含損傷粘彈性本構模型，得到含有軟化函數C(S)的Schapery含損傷粘彈性本構模型；

步驟三：檢驗得到含有軟化函數C(S)的Schapery含損傷粘彈性本構模型預測結果與實驗結果的一致性。

2.如權利要求1所述的一種基于CMDB推進劑損傷過程的推進劑力學預測方法，其特征在于：還包括步驟四，將步驟三含有軟化函數C(S)的Schapery含損傷粘彈性本構模型應用于CMDB推進劑相關應用領域，實現對CMDB推進劑損傷力學特性的預估，解決CMDB推進劑相關應用領域工程問題。

3.如權利要求1所述的一種基于CMDB推進劑損傷過程的推進劑力學預測方法，其特征在于：步驟三實現方法為，在CMDB推進劑在不同應變率壓縮條件下，將含有軟化函數C(S)的Schapery含損傷粘彈性本構模型預測結果和試驗結果進行對比；檢驗模型預測和試驗結果是否呈現很好的一致性，如果模型預測和試驗結果呈現很好的一致性，表明含有軟化函數C(S)的Schapery損傷演化模型能夠描述CMDB 推進劑在寬泛應變率壓縮條件下的力學行為。