论文摘要
复合固体推进剂的力学性能严重影响着固体发动机的结构完整性和贮存寿命。固体推进剂药柱在生产、运输和贮存过程会发生物理损伤和化学老化,因此,开展预损伤和热老化条件下复合固体推进剂的力学性能研究对认识其贮存老化性能、预估其贮存寿命具有重要意义。本文以端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂为研究对象,研究了预损伤和热老化条件下HTPB推进剂力学性能的老化规律,建立了包含老化温度、老化时间和预损伤参数的HTPB推进剂老化模型,为固体发动机结构完整性分析和贮存寿命预估提供数据支撑。考虑固体推进剂药柱实际载荷历程,设计了推进剂预损伤和热老化试验方案。采用预应变试验和往复拉伸试验模拟推进剂的物理损伤,利用热老化试验模拟推进剂的化学老化,通过单向拉伸试验获取推进剂强度、伸长率、模量等力学性能参数。开展了未老化未损伤条件下推进剂的单向拉伸试验,得到了推进剂的初始力学性能参数。开展了热老化条件下推进剂的力学性能研究,建立热老化条件下推进剂力学性能的老化模型。研究表明,初始模量、抗拉强度和断裂强度随老化时间的增加呈现先增大后减小再增大的趋势;最大伸长率和断裂伸长率老化初期波动较大,老化后期随老化时间的增加而减小;老化温度越高,上述力学性能参数变化越明显。开展了预应变和热老化条件下推进剂的力学性能研究,建立了推进剂预应变-温度双因素老化模型。研究表明,预应变使得推进剂的强度和伸长率减小,使得初始模量先减小后增大,随着老化时间的增加,这种影响逐渐减弱,各力学性能参数的变化趋势与常规热老化条件下的趋势一致,温度是造成推进剂老化的根本原因。利用4参数Prony模型和改进的Arrhenius方程建立了包含预应变、老化温度和老化时间的推进剂最大伸长率老化模型。开展了往复拉伸和热老化条件下推进剂的力学性能研究,建立了推进剂损伤应变-往复拉伸次数-温度三因素老化模型。研究表明,损伤应变和往复拉伸次数对推进剂强度影响显著,但规律不明显。损伤应变使得推进剂伸长率先增大后减小,并且往复拉伸次数越多,影响越明显。提出了推进剂力学性能变化的三因素老化模型,结合Prony级数模型,建立了包含损伤应变、往复拉伸次数、老化温度和老化时间的推进剂伸长率老化模型。