固體推進劑/襯層界面裂紋的界面層模型有限元分析①

邸 克，楊月誠，張昆鵬

(第二炮兵工程大學601室，西安 710025)

0 引言

固體火箭發動機推進劑/襯層界面裂紋問題是影響固體發動機工作可靠性的關鍵因素。因此，該類問題一直受到學者們的廣泛關注。人們主要采用實驗和以有限元為主的數值方法對其研究。在實驗方面，陽建紅等［1］采用X射線觀測了推進劑的脫粘擴展試件燃燒過程。在有限元法方面，王至存等［2］對推進劑/襯層/絕熱層矩形粘結試件進行了三維粘彈性應力分析，蒙上陽等［3］計算了推進劑/襯層中不同深度脫粘裂紋的應力強度因子。但該類界面粘結區域的細觀結構或模量對裂紋的影響研究尚未見報道，其根本原因是缺乏一個合適的推進劑/襯層界面力學模型。

為有效地研究界面力學問題，人們提出了多種界面模型，如理想界面模型［4］、粘著層界面模型［5］和接觸界面模型［6］等。而對真實情況下的NEPE推進劑/襯層界面，吳豐軍等［7］應用納米壓痕儀證實了它是模量和硬度呈現梯度變化的結構，這為功能梯度界面層模型在推進劑/襯層界面裂紋中的應用提供了實驗基礎。功能梯度界面層模型［8］是將雙材料界面粘結區域視為功能梯度材料(FGM)，并充分考慮了細觀層面的界面粘結結構對整個模型的影響。早期，該模型一般采用某一種函數［9］表示界面層材料屬性的變化。而在最近幾年，人們將界面層劃分成兩層［10］或多層［11］。其中，每一層內分別采用了不同的函數描述材料屬性分布。

在多數情況下，人們對于功能梯度界面層模型的研究采用理論推導方法，通過求解奇異積分方程獲得裂紋的應力強度因子。……