基于内聚力法则的高能硝酸酯增塑聚醚推进剂开裂过程细观模型

侯宇菲， 许进升， 古勇军， 周长省

(1.南京理工大学 机械工程学院, 江苏 南京 210094; 2.山西北方兴安化学工业有限公司, 山西 太原 030008)

0 引言

固体推进剂作为固体火箭发动机的能量来源，其结构完整性直接决定整体火箭系统及作战平台的安全。为保证高能的要求，固体推进剂中掺入了大量固体填料，因而形成了一种多相体(基体相、增强相、界面相)含能材料。这种多相材料在载荷作用下，将会引起颗粒与基体界面脱湿、裂纹扩展、变形等缺陷，其宏观力学性能由细观多尺度物理所决定[1-2]。因此，从细观角度出发研究细观结构对推进剂力学性能的影响，对于推进剂配方的研制具有科学的指导意义[3]。

近年来，国内外学者采用扫描电镜与数字图像相关方法对高能材料的细观结构演化进行观察，发现颗粒与基体的界面是多相材料失效的起点[4-5]。然而，由于实验手段的局限性，无法定量分析高能材料的细观损伤破坏演化过程，因此数值仿真法成为近年来兴起的分析多相材料界面破坏的有效方法。陈煜等[6]采用单颗粒轴对称细观模型对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂在不同固含量、键合剂等作用条件下的应力集中因子及脱湿角进行了研究。Matous等[7]利用分子动力学方法生成推进剂细观代表性体积单元，研究了在小应变条件下颗粒界面的损伤与失效，证明了界面损伤是造成力学性能非线性的主要原因。Inglis[8]在Matouš的研究基础上，采用椭圆形颗粒进行数值计算，得知模型损伤演化过程分为3个阶段：弹性阶段、颗粒与基体界面脱湿和基体大变形。……