雙基推進(jìn)劑螺壓擠出成型工藝流變特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、擠出成型是雙基固體火箭推進(jìn)劑生產(chǎn)的一種重要工藝，主要分為單螺桿生產(chǎn)工藝以及雙螺桿生產(chǎn)工藝，其中單螺桿擠出工藝占很大比例。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了使固體推進(jìn)劑能夠順利擠出，需要較高的螺壓溫度，且由于強(qiáng)烈的螺旋擠壓作用，固體推進(jìn)劑中的高能材料容易出現(xiàn)燃燒爆炸危險，因此導(dǎo)致的事故也很多。由于螺旋擠出機(jī)的復(fù)雜性以及推進(jìn)劑流動的復(fù)雜性，利用實(shí)驗(yàn)去研究轉(zhuǎn)速、溫度等參數(shù)對擠出過程安全性的影響是非常困難的，且隨意改變參數(shù)容易導(dǎo)致擠出危險性變高，從安全性

2、的角度也是很難實(shí)現(xiàn)的。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，利用模擬仿真技術(shù)解決上述問題逐漸引起了人們的關(guān)注。本文主要借助POLYFLOW軟件，利用瞬態(tài)模型對GR-35雙基推進(jìn)劑的螺壓擠出工藝進(jìn)行研究，旨在找出一種適合含能材料擠出成型工藝安全的模擬手段及方法。
　　首先，本文利用Gambit建立擠出螺桿模型及成型口模模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對擠出段利用網(wǎng)格重疊技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分;然后根據(jù)GR-35雙基推進(jìn)劑的物料參數(shù)、擠出的工藝參數(shù)以及冪律方程，

3、通過非線性擬合得到擠出過程及成型過程的邊界條件。而后根據(jù)瞬態(tài)模型得到正常工藝條件下擠出過程中物料的參數(shù)變化情況。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺桿擠出過程中螺棱位置的溫度、壓力、剪切速率、速度均較高;靠近出口的位置溫度、壓力、剪切速率都變大，而速度變小。結(jié)果表明在推進(jìn)劑擠出過程中，其物理參數(shù)是不斷變化的，當(dāng)螺桿較長時，溫度變化會非常明顯，會對生產(chǎn)安全帶來極大隱患。
　　本文研究了不同參數(shù)對螺壓擠出過程物料參數(shù)的影響，包括螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿溫度以及

4、套筒溫度。結(jié)果表明，在螺桿相同的位置，隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，藥料溫度、壓力、剪切速率以及速度均增加;隨著螺桿溫度或套筒溫度的升高，物料溫度和速度均升高，壓力和剪切速率均減小;螺桿溫度的變化對物料參數(shù)的影響比套筒溫度更加明顯。因此，外部溫度的變化會明顯影響物料的參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一定要保證外部溫度在可控的范圍內(nèi)，否則容易導(dǎo)致物料溫度、壓力等參數(shù)變化，從而導(dǎo)致擠出質(zhì)量變差，甚至?xí)鹑紵ㄎｋU。
　　針對擠出口模，也利用Gamb