基于分段拟合的HTPB推进剂材料损伤模拟.docxVIP

第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2

2013年10月ComputerAidedEngineeringOct.2013

论文所属行业:航空航天

基于分段曲线拟合的HTPB固体推进剂损伤数值模拟

沙宝林

西安航天动力技术研究所，西安710025

摘要：本文通过对单轴实验所得的结果进行分段曲线拟合，并对损伤变量进行分段定义，将其引入到HTPB固

体推进剂材料的刚度矩阵中，采用ABAQUS/standard中的用户子程序UMAT接口编程计算，对材料的损伤特性

进行了有限元模拟。利用拉伸实验所得的结果适当地进行分段曲线拟合，模拟过程接近于实际结果，可以应

用于固体发动机的工程设计中。

关键词：HTPB推进剂；本构方程；分段曲线拟合；有限元；损伤变量；连续介质损伤力学

DAMAGESIMULATIONFORHTPBCOMPOSITEPROPELLANT

BASEDONPIECEWISECURVESFIT

Shabaolin

(The41stInstituteOfTheFourthAcademyOfCASC,xian710025)

Abstract:ThepiecewisecurvesfitofexperimentaldatahadbeensupposedtothedamagesimulationofHTPB

compositepropellant.Thedifferentvariablesonthepiecewiseintervalshadbeendefined,andintroducedintothe

stiffnessmatrixtosimulatetheprocessofdamage.ThesubroutineUMAThadbeencodedandembeddedinthe

software,ABAQUS/Standard,togetherwiththecorrespondingalgorithmthedamagesimulationcanbecarried

through.Iftheexperimentaldatawerefittedbypiecewiseproperly,thesimulatedresultcouldbeapproachtothe

designoftheSRM.

Keywords:HTPBcompositematerial,constitutiveequation,piecewisecurvesfit,FEM,damagevariable,continuum

damagemechanics

1引言

很复杂，如果考虑大的氧化剂颗粒从粘合剂体系脱

开，就是所谓的“脱湿”，就会象形成微裂纹和空洞。

复合固体推进剂是一种高填充比颗粒增强复合事实上，这些微观结构的损伤足以导致推进剂的宏观

材料，主要由高分子化合物为母体的粘结剂和掺入其非线性行为。HTPB固体推进剂材料的损伤行为，可

中的大量固体氧化剂颗粒及金属燃料颗粒（铝粒子）由M.W.Biegler和M.M.Mehrabadi提出的基于能量的

组成，此外还有少量的附加组分。粘合剂为粘弹性的本构模型进行描述[1][2]。对复合固体推进剂损伤性质

橡胶材料，粘弹性行为表现为:为粒子提供垫子,高氯的研究，必须建立在实验的基础之上，国内外学者在

酸铵，相对于弹性体的粘合剂，它表现出是弹性占绝这一方面做出很多文章[3][4][5][6]，但从应用角度来看，

对的因素。铝粉，由于金属晶体的一些性质，表现出多是理论强于实践，需要的测试参数很多，在工程上

弹塑性。在外载荷下，如此复杂的一个复合体随着变应用起来有很多不便之处。

形的变化，必然表现出弹性和粘弹性的特征。其中一在单轴拉压条件下的实验结果需通过曲线拟合

个力学特性就是拉、压；拉、剪强度不等。问题变得得到相应的应力应变曲线，若此曲线在一个比较广泛

收稿日期：2013-09-13

作者简介：沙宝林，男，1971年生，博士研究生高级工程师，航空宇航理论与工程专业从事固体发动机结构设计sha_baolin@126.com

的应变域中，很难用一个统一的函数对其进行精确描张量和应变张量进行分解。在平面应力状态下，全应

述，因此，本文考虑将所描述的应变域进行分段，在力和全应变分解成对应其特征值的三个特征张量。由

每一段中以不同的简单函数进行拟合，使固体推进剂

的力学行为模拟过程更接近于实验结果，在关于固体