基于实测舰载环境温度的固体发动机药柱累积损伤分析

李金飞，黄卫东，李瑞亮

(1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001;2. 92840 部队，山东 青岛 266405)

固体火箭发动机是舰载导弹的主要动力装置，遂行舰载巡航任务的导弹长期贮存在舰艇发射贮运箱内，面临夏季高温、冬季低温和随舰颠簸振动等恶劣环境。固体火箭发动机每天都要受到交变环境温度的作用［1］，药柱内部将产生热应力和热应变［2-3］，使药柱内部或粘结界面产生疲劳损伤，在药柱内部形成裂纹或引起界面脱粘。受光照、海风等因素影响，联装舰载导弹上、下层发射贮运箱内的温度存在差异。对上、下层导弹贮运箱内温度进行监测，求解发动机内温度和应力分布，计算药柱的累积损伤，可为固体发动机寿命评估、维护和维修提供参考。

1 理论模型

1.1 热黏弹性模型

固体推进剂为各向同性热流变简单材料，发动机药柱的积分型热黏弹本构关系为［4-5］:

式中:α 为线膨胀系数;θ(τ)为温度相对变化量;G(t)、K(t)分别为剪切模量和体积模量，是等效时间ξ、ξ'的函数;等效时间ξ、ξ'可由下式求得:

式中:αT为时温转换因子，由W.L.F 方程确定，即

式中:Tref为参考温度;c1、c2为待定常数。

1.2 累积损伤模型

对于固体推进剂药柱，在连续变化的应力载荷作用下，常采用下述线性累积损伤模型［6-7］

式中:D 为损伤因子，当D=1 时认为试件破坏失效;σt为药柱所受的应力;σcr为临界应力，小于此应力试件不会发生损伤;B 为损伤指数;t0为时间。

根据蠕变试验确定的不同应力水平下推进剂的失效时间［8］，对试验数据进行拟合，确定模型中的参数σt0=0.945 MPa，B=8.08，σcr=0，t0=1 s。……