三元乙丙橡膠粘接界面變溫力學(xué)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、在自由裝填式固體火箭發(fā)動機(jī)中，三元乙丙橡膠常用作裝藥的包覆層，借助粘接劑采用纏繞包覆的方式對藥柱進(jìn)行包覆。發(fā)動機(jī)工作時，燃?xì)膺M(jìn)入包覆層之間的粘接界面，即可引起包覆層的脫粘，破壞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而影響固體火箭發(fā)動機(jī)的正常工作，嚴(yán)重時將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)爆炸。本文以三元乙丙(EPDM)橡膠包覆粘接界面為研究對象，采用實驗與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對發(fā)動機(jī)內(nèi)包覆層粘接界面的Ⅰ型斷裂特性進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容為:
　　(1)三元乙丙橡膠包覆

2、層粘接界面Ⅰ型斷裂實驗方法及試件設(shè)計。根據(jù)三元乙丙橡膠的特點，設(shè)計了可行的實驗方法——采用雙懸臂夾層梁試件獲取粘接界面Ⅰ型斷裂能，單軸拉伸試件獲得斷裂強(qiáng)度，采用高低溫試驗箱模擬發(fā)動機(jī)貯存及運(yùn)輸過程中包覆層粘接界面所處環(huán)境溫度。最后制備了實驗所用試件。
　　(2)溫度無關(guān)的粘接界面Ⅰ型斷裂特性研究。采用雙懸臂夾層梁試件進(jìn)行粘接界面Ⅰ型斷裂實驗，分析斷裂過程中的界面特點，通過斷裂力學(xué)中的三種方法求得界面的Ⅰ型斷裂力學(xué)性能參數(shù)。采用溫度

3、無關(guān)的雙線性內(nèi)聚力模型對雙懸臂夾層梁試件進(jìn)行有限元分析，并以計算所得斷裂能和斷裂強(qiáng)度為模型參數(shù)，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果存在一定偏差，因此引入了一種基于Hooke-Jeeves算法的反演分析方法，采用該方法得到準(zhǔn)確的界面斷裂力學(xué)性能參數(shù)，結(jié)果表明斷裂力學(xué)方法中的修正梁理論和實驗柔度法能夠計算得到相對比較準(zhǔn)確的界面Ⅰ型斷裂能。
　　(3)粘接界面溫度相關(guān)斷裂特性實驗研究。在高低溫試驗箱中，采用單軸拉伸和雙懸臂夾層梁實驗對不同溫度下粘接界面

4、的Ⅰ型斷裂進(jìn)行了研究，分析了載荷-位移曲線的溫度相關(guān)性、不同溫度下的界面斷裂特點，在所有溫度下，試件的斷裂形式皆為界面脫粘，表明三元乙丙橡膠與粘接劑之間的粘接強(qiáng)度低于粘接層的斷裂強(qiáng)度。溫度相關(guān)的實驗無法測量試件斷裂過程中的實時裂紋長度，因此引入了基于試件柔度的斷裂能計算方法，計算得到不同溫度下的界面Ⅰ型斷裂能，通過比較可知，在25℃時，該方法也可得到比較接近準(zhǔn)確值的斷裂能。
　　(4)粘接界面溫度相關(guān)Ⅰ型斷裂模型構(gòu)建。以溫度無關(guān)的

5、雙線性和指數(shù)型內(nèi)聚力模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了溫度相關(guān)的界面斷裂模型，采用實驗與數(shù)值仿真相結(jié)合的反演分析方法獲得不同溫度下的界面斷裂參數(shù)，以此計算得到溫度相關(guān)模型中的各項參數(shù)并進(jìn)行擬合，即可得到與溫度相關(guān)的內(nèi)聚法則，最終構(gòu)建了粘接界面溫度相關(guān)的Ⅰ型斷裂模型，最后通過實驗對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證。
　　本文采用實驗與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，研究了三元乙丙橡膠粘接界面的Ⅰ型斷裂特性，構(gòu)建了能夠描述-40℃～50℃溫度范圍內(nèi)粘接界面溫度相關(guān)的Ⅰ型