[發明專利]一種固體推進劑率相關內聚力本構模型的構建方法

在審

• 申請號: 202110979956.0
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113707242A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 龍兵;曹霞;高雙勝;徐夢廓
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 劉松

本發明提供了一種固體推進劑率相關內聚力本構模型的構建方法，包括以下步驟：構建指數內聚力模型并編寫指數內聚力模型的VUMAT自定義材料子程序；利用三單元標準固體模型構建率相關內聚力本構模型；獲取不同應變率效應下的實驗數據；根據所述實驗數據和指數內聚力模型獲取指數內聚力模型的參數；根據所述實驗數據和率相關內聚力本構模型獲取率相關內聚力本構模型的參數；檢驗參數辨識后的率相關內聚力本構模型，填補了目前對于固體推進劑的裂紋擴展仿真研究較少考慮應變率影響的空白，能夠模擬不同應變率條件下固體推進劑的裂紋擴展特性，實現對固體推進劑不同應變率下裂紋擴展行為的預測。

技術領域

本發明涉及固體推進劑技術領域，尤其涉及一種固體推進劑率相關內聚力本構模型的構建方法。

背景技術

固體推進劑藥柱是固體火箭發動機的重要部件，固體推進劑藥柱在生產、運輸和使用過程中，會受到溫度、機械振動和沖擊等載荷作用，從而產生微裂紋等缺陷。固體推進劑上產生的裂紋是導致發動機性能異常的最重要因素，產生的危害也最大。固體推進劑上產生的裂紋不僅影響發動機的結構完整性，而且破壞了原藥柱的設計燃燒規律，進而對發動機的內彈道性能產生影響，甚至可能導致爆炸等危險。固體推進劑上產生的裂紋對發動機裝藥性能的影響主要表現在以下兩個方面：1)裂紋將為固體推進劑提供額外的燃燒面積，而且同裝藥通道中的正常燃燒相比，裂紋內的燃燒受到裂紋面內的壓力、侵蝕燃燒等多種因素的影響，會引起發動機內局部流場的異常，并最終導致發動機的內彈道偏離其設計值，進而影響固體火箭的飛行彈道參數；2)在發動機的點火增壓過程中，裂紋內復雜的對流燃燒過程可能會導致裂紋的失穩擴展，并進一步引發燃燒轉爆轟現象的發生，從而導致發動機在工作過程中發生爆炸解體等災難性事故。

因此，研究固體推進劑裂紋的起裂擴展規律對于固體發動機的結構完整性和安全性具有重要意義，但是固體推進劑具有明顯的應變率敏感性，在不同應變率條件下推進劑的裂紋擴展特性明顯不同，而目前對于固體推進劑的裂紋擴展仿真研究很少考慮應變率的影響，因此研究不同應變率下固體推進劑的裂紋擴展行為具有重要意義。

發明內容

本發明公開的一種固體推進劑率相關內聚力本構模型的構建方法，填補了目前對于固體推進劑的裂紋擴展仿真研究較少考慮應變率影響的空白，能夠模擬不同應變率條件下固體推進劑的裂紋擴展特性，實現對固體推進劑不同應變率下裂紋擴展行為的預測。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明公開一種固體推進劑率相關內聚力本構模型的構建方法，包括以下步驟：

構建指數內聚力模型并編寫指數內聚力模型的VUMAT自定義材料子程序；

利用三單元標準固體模型構建率相關內聚力本構模型；

獲取不同應變率效應下的實驗數據；

根據所述實驗數據和指數內聚力模型獲取指數內聚力模型的參數；

根據所述實驗數據和率相關內聚力本構模型獲取率相關內聚力本構模型的參數；

檢驗參數辨識后的率相關內聚力本構模型。

進一步地，構建的指數內聚力模型為：

其中，φ_n和φ_t分別為界面法向內聚能和切向內聚能；Δ_n和Δ_t分別為界面法向和切向張開位移；δ_n和δ_t分別為界面法向和切向張開位移的臨界長度；且定義為界面在純剪切應力狀態下失效時的法向位移臨界值。

進一步地，利用三單元標準固體模型構建率相關內聚力本構模型為：