固體推進劑線粘彈性強度有限元計算方法研究.pdf

1、固體推進劑線粘彈性強度有限元計算在固體火箭發(fā)動機設計中具有非常重要的意義，是藥柱結構完整性分析的主要方法。固體推進劑是高含固體顆粒的非晶態(tài)聚合物材料，具有粘彈性特征，澆鑄在發(fā)動機燃燒室內后與殼體、絕熱層、襯層等構成了復雜結構，結構中每一種材料的特性不同，外部載荷包括固化降溫、內壓載荷、軸向過載、離心過載、長期貯存等，必須用數(shù)值計算方法分析受力。 目前解決的方法是應用有限單元法以及業(yè)已形成的各類設計規(guī)范及實踐經驗，目前大型商業(yè)有限

2、元軟件粘彈性功能大同小異，由于是通用性的計算軟件，沒有能考慮到固體火箭發(fā)動機的一些具體需求，因此用FEM開發(fā)固體推進劑有限元計算軟件非常需要。 本文針對固體推進劑強度有限元計算，主要研究內容如下： 1)研究總結了固體推進劑粘彈性強度有限元計算方法。固體推進劑粘彈性強度數(shù)值計算一般用有限單元方法，由于粘彈性材料的遺傳效應項，計算時要考慮位移、應力和應變的歷史，根據(jù)歷史項的時間長短，構造了全量型和增量型算法。 2)研

3、究推導出了基于坐標位置變化的粘彈性有限元增量型計算公式，單元基于等參元，算例用常應變三角形單元，增量型公式分為單步增量性和多步增量型，單步型增量考慮上一計算時刻的值，多步型增量考慮上n個計算時刻的值。說明如果不考慮坐標位置變化的變化，這種增量型算法能夠退化到普通的增量型算法。 3)完成了基于線粘彈性復合推進劑的有限元程序的編制，程序分別基于全量型和增量型，程序考慮了熱固耦合問題。在全量型粘彈性有限元中，應用最新的數(shù)據(jù)存貯技術在微

4、型計算機上實現(xiàn)了海量過程數(shù)據(jù)的存貯，針對粘彈性有限元特征提出了網絡遠程貯存的基本框架。在增量型粘彈性有限元中，分別實現(xiàn)了單步和多步的增量情況，用軟件實現(xiàn)，并說明增量型算法能夠應用到幾何大變形的分析。 4)按照粘彈性-彈性對應原理，推導了Laplace復象空間的單元剛度矩陣方程，方程基于八節(jié)點等參元，在算例中應用了常應變三角形單元，三角形單元編成比較容易。深入研究了線粘彈性有限元在象空間的問題特征及求解方法。分析了粘彈性復剛度矩陣