非均布瞬態(tài)內(nèi)壓作用下固體推進(jìn)劑藥柱泊松比隨機(jī)結(jié)構(gòu)分析①

王君祺，職世君，張建偉

(1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院四所，洛陽(yáng) 471009;2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，洛陽(yáng) 471009;3.北京航空航天大學(xué)，北京 100191)

0 引言

點(diǎn)火發(fā)射是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所經(jīng)歷的最?lèi)毫拥妮d荷工況。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)階段及后期發(fā)動(dòng)機(jī)貯存后的再評(píng)估階段，對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火工況下的結(jié)構(gòu)完整性分析就顯得格外重要。國(guó)內(nèi)外對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓載荷下結(jié)構(gòu)完整性分析的研究較多，但大多采用均勻分布載荷［1－3］，而發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際點(diǎn)火過(guò)程中壓力波的傳遞，使得發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓力載荷存在瞬態(tài)分布特性［4］。因此，若采用瞬態(tài)分布?jí)毫M(jìn)行分析，則更接近發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工況。

由于固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥受制造、工藝、測(cè)量等因素的影響，使得藥柱力學(xué)性能參數(shù)不可避免具有一定的分散性。如泊松比接近于0.5，通過(guò)實(shí)驗(yàn)很難測(cè)定其準(zhǔn)確數(shù)值，多次的測(cè)量結(jié)果呈概率分布，具有隨機(jī)性［5］。若采用確定性的分析方法，得出的結(jié)果可信性較差。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高，為了能描述工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，考慮不確定性因素已成為一種趨勢(shì)［6］。因此，有必要對(duì)推進(jìn)劑藥柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行不確定性分析［7］。

本文首先采用Abaqus商用有限元軟件計(jì)算了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程壓力瞬態(tài)分布時(shí)裝藥的結(jié)構(gòu)完整性，然后結(jié)合粘彈性有限元法和Monte-Carlo方法，即構(gòu)成所謂的粘彈性Monte-Carlo方法，考慮了泊松比隨機(jī)分布對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程裝藥結(jié)構(gòu)完整性的影響。

1 物理模型和計(jì)算方法

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型及網(wǎng)格劃分

發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成主要有殼體、絕熱層和藥柱，假設(shè)藥柱和絕熱層為線(xiàn)粘彈性材料，殼體為彈性材料。……