一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法

专利2026-05-14  7


本发明涉及一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,属于发动机结构完整性研究。


背景技术:

1、长期战备值班要求发动机必须长时间处于立式贮存状态。现阶段,我国对立式贮存状态下的发动机结构完整性分析技术还处于起步阶段。缺乏对于发动机药柱老化机制,粘接界面力学行为分析的方法,不能及时判断药柱以及粘接界面结构是否失效。


技术实现思路

1、为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,解决了现有技术中缺乏对立式贮存状态下发动机结构完整性进行分析、预测的问题。

2、为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:

3、一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,包括如下步骤:

4、开展推进剂加速老化、松弛以及定速拉伸试验,确定推进剂老化本构模型参数,确定推进剂最大延伸率发展关系;

5、开展发动机粘接界面老化与界面分离试验,确定老化后的双线性内聚区模型;

6、对推进剂老化本构模型进行离散化,推导其应力增量以及切线刚度矩阵,构建三维八节点内聚单元模拟粘接界面,推导其刚度矩阵;

7、基于前述的应力增量、切线刚度矩阵并结合abaqus软件的umat技术实现推进剂老化本构模型的有限元应用,基于前述三维八节点内聚单元、刚度矩阵并结合abaqus软件的uel技术实现推进剂/绝热层粘接界面老化后双线性内聚区模型的有限元应用,开展发动机的长时间立式贮存与点火计算;

8、提取计算结果文件,判断药柱以及粘接界面结构是否失效。

9、进一步地,前述开展推进剂加速老化、松弛以及定速拉伸试验,确定推进剂老化本构模型参数,确定推进剂最大延伸率发展关系的步骤包括:

10、基于推进剂方坯,开展推进剂的加速老化试验,得到不同老化时间段下的推进剂方坯,所述加速老化试验中的加速老化温度≤70℃;

11、取出不同老化时间段的推进剂方坯,开展推进剂的松弛测试、交联度测试以及定速拉伸测试;

12、利用交联度控制的推进剂老化发展方程,结合松弛试验,确定推进剂老化的松弛模量e(t,t′):

13、所述其中t′为老化时间,t为老化温度,为无应力应变场作用的老化反应活化能,αc为化学反应方程待定系数,kb为boltzmann常数,hp为planck常数,a为老化反应速率常数,υm为最大交联密度,υ(t′)为推进剂交联密度;

14、利用阿伦尼乌斯方程,结合定速拉伸获得的不同阶段最大伸长率数据,拟合最大伸长率发展方程。

15、进一步地,前述

16、

17、

18、

19、

20、式中,t为加载时间,e0(t)是未老化时的拉压松弛模量,为由老化引起的拉压松弛模量变化,为无量纲化的交联密度变化量。

21、进一步地,前述开展发动机粘接界面老化与界面分离试验,确定老化后的双线性内聚区模型:

22、基于推进剂/绝热层粘接界面i型和ii型断裂试验件,开展加速老化试验,所述加速老化试验中的加速老化温度≤70℃;

23、利用双线性内聚区模型结合参数反演方法,获取粘接界面内聚区模型:

24、

25、其中,tn表示粘接界面上的内聚力,σmax表示粘接强度,δn表示最大分离位移,δl表示临界分离位移,δ表示粘接界面上的分离位移;

26、结合各个老化阶段的双线性内聚区模型参数,利用阿伦尼乌斯方程确定老化后的双线性内聚区模型:

27、

28、其中,tn(t′)表示老化后粘接界面上的内聚力,σmax(t′)表示老化后的粘接强度,δn(t′)表示老化后的最大分离位移,δl(t′)表示老化后的临界分离位移。

29、进一步地,前述对推进剂老化本构模型进行离散化,推导其应力增量以及切线刚度矩阵,构建三维八节点内聚单元模拟粘接界面,推导其刚度矩阵的步骤包括:

30、对老化本构模型进行离散化,推导应力增量的数值表达式以及相应的切线刚度矩阵;

31、构建三维八节点内聚单元,推导分离位移和位移转换矩阵,构建内聚单元的刚度矩阵:所述内聚单元的刚度矩阵k以及内力矢量f为,

32、

33、

34、其中,b表示分离位移场与节点整体位移转换矩阵,j代表雅可比矩阵,tc表示单元内聚力,为内聚力刚度矩阵,δ表示单元分离位移,γc表示单元中面区域,ξ和η表示参考坐标系坐标。

35、进一步地,前述提取计算结果文件,判断药柱以及粘接界面结构是否失效的步骤包括:

36、提取计算结果文件,在abaqus软件中直接读取药柱部件最大等效应变云图,若最大等效应变大于最大延伸率,判断药柱结构失效;

37、提取计算结果文件,在tecplot软件中,绘制粘接界面内聚力分布云图,若粘接界面中分离位移达到内聚区模型中临界分离位移,判断粘接界面失效。

38、一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序/指令,该计算机程序/指令被处理器执行时,实现前述任一所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法的步骤。

39、一种电子设备,包括:

40、存储器,用于存储计算机程序/指令;

41、处理器,用于执行所述计算机程序/指令以实现前述任一项所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法的步骤。

42、本发明所达到的有益效果:

43、通过构建推进剂老化本构关系,推进剂/绝热层粘接界面老化内聚区模型,开展发动机的长时间立式贮存与点火计算,通过读取药柱部件最大等效应变云图、粘接界面内聚力分布云图,从而判断药柱以及粘接界面结构是否失效,本发明可对立式贮存状态下发动机结构完整性进行分析、预测。



技术特征:

1.一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,所述开展推进剂加速老化、松弛以及定速拉伸试验,确定推进剂老化本构模型参数,确定推进剂最大延伸率发展关系的步骤包括:

3.根据权利要求2所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,所述

4.根据权利要求1所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,所述开展发动机粘接界面老化与界面分离试验,确定老化后的双线性内聚区模型:

5.根据权利要求1所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,所述对推进剂老化本构模型进行离散化,推导其应力增量以及切线刚度矩阵,构建三维八节点内聚单元模拟粘接界面,推导其刚度矩阵的步骤包括:

6.根据权利要求1所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,其特征在于,所述提取计算结果文件,判断药柱以及粘接界面结构是否失效的步骤包括:

7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序/指令,其特征在于,该计算机程序/指令被处理器执行时,实现权利要求1-6中任一所述的长期立式贮存发动机结构完整性分析方法的步骤。

8.一种电子设备,其特征在于,包括:


技术总结
本发明公开了一种长期立式贮存发动机结构完整性分析方法,开展推进剂加速老化、松弛以及定速拉伸试验,确定推进剂老化本构模型参数,确定推进剂最大延伸率发展关系,开展发动机粘接界面老化与界面分离试验,确定老化后的双线性内聚区模型,对推进剂老化本构模型进行离散化,推导其应力增量以及切线刚度矩阵,构建三维八节点内聚单元模拟粘接界面,推导其刚度矩阵,赋予推进剂老化本构关系,赋予推进剂/绝热层粘接界面老化内聚区模型,开展发动机的长时间立式贮存与点火计算,提取计算结果文件,判断药柱以及粘接界面结构是否失效。

技术研发人员:崔辉如
受保护的技术使用者:中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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