温度冲击下星孔药柱应力应变场数值仿真.pdf

第27卷第S期
计算机仿真
2010年5月
文章编号:100-9348(2010)05-0049-04
温度冲击下星孔药柱应力应変场数值仿真
盂红磊,鞠玉海,周长省,李东
(南京理工大学机械工程学院,江苏南京21004
要:基于固体推进剂材料特性与温度和时间相关的热粘弹性理论,为提高发动机的安全性,建立了二维星孔装药的模型。
利用有限元方法分析了星孔装药在温度冲击过程中的温度、应力、应变的变化过程,得到星孔药柱在温度冲击过程中所存在
的危险点。着重得出了不同星尖圆孤半径、不同的星根半角对星尖处应力和应变的影响情况:当星根半角一定时,星尖处的
应力值和应变值随星尖圆弧半径减小而增大,半径越小境大的速率越大;当星尖圆弧半径一定时星尖处应力应变随着星根
半角的增大直线增大。
关键词;星孔药柱;几何参数;热粘弹性;温度冲击
中图分类号;V435文献标识码:B
Simulation of Stress and Strain for Internal Star-shaped
Grain under Temperature Shock
MENG Hong
lei, JU Yu- tao, ZHOU Chang-sheng, L Dong
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210094, China
ABSTRACT: aed on emal vst i e of li pan py of which is elated to the temperatur
and time, the D model of the intemal star-shaped grain was set up. The change process of grain 's stress and strain
under emerau shock was calculate wh ie m mh Te effect of star tip are radius and star root
semiangle on the grain ti ss and rain was cee, an the stress and strain change tendency along with star ti
arc radius a
ind star root semiangle was also received. It is showed that when the star root semiangle
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tress and strain in star p increase along w t h easing of star tip a raus, and the smaller the radius is, the lar-
ger the increasing speed of stress and strain s. When the star ip arc raius is invariable, stress and strain in star tip
increase in a straight line along with the increasing of star root semiangle.
KEYWORD: Intemal star-shaped grain; Geometry parameters; Thermal viscoelastic; Temperature shock
1引言
析计算,以判断其是否对完整性造成破坏。有一些人做过温
固体火箭发动机作为导弹和火箭武器的重要组成部分,度载荷下残余应力的计算工作,但没有人针对星孔装药几何
其安全性的分析是非常重要的。而固体推进剂药柱的破坏参数在热冲击过程作用下对星尖应力应变的影响做过详细
常常是固体火箭发动机出现事故的主要原因之一,其失效主分析,本文针对星尖圆弧半径和星根半角对药柱应力应变的
要是药柱结构完鼇性失效,因此必须重视药柱的结构完整性影响做出详细分析,为装药设计提供依据。
分析。药柱在生产、贮存和使用过程中(热冲击、内压作用
过载气动加热等等)都会产生应力和应变,在这些过程中,2数学模型及数值计算方法
都需要针对具体的工作条件对药柱的应力应变状态进行分2.1热传导方程及热粘弹性本构方程
析,根据失效准则来判断结构是否满足强度要求,进而改进
采用有限元法得到的药柱热传导方程为
药柱设计。药柱在工作或加工过程中有时会受到很大的温
c”+Kr+Pr=Q
度冲击作用,由于热胀冷缩作用及药柱边界条件的约東,会
引起不小的应力应变,另外推进剂材料是一种典型的温度时
7一节点温度向量;Q一节点热流向量;
间相关的热粘弹性材料,需媐利用热粘弹性理论对其进行分
C一热容矩阵;K一热传到矩阵
2.2热粘弹性本构方程
固体推进剂药柱是一种典型的时间温度相关的粘弹性
收稿日期:2009-02-07修回日期:2009-04-14
材料。热粘弹性本构方程如下
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万方数据