[发明专利]一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法

说明书

本发明提供了一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法，包括以下步骤：构建指数内聚力模型并编写指数内聚力模型的VUMAT自定义材料子程序；利用三单元标准固体模型构建率相关内聚力本构模型；获取不同应变率效应下的实验数据；根据所述实验数据和指数内聚力模型获取指数内聚力模型的参数；根据所述实验数据和率相关内聚力本构模型获取率相关内聚力本构模型的参数；检验参数辨识后的率相关内聚力本构模型，填补了目前对于固体推进剂的裂纹扩展仿真研究较少考虑应变率影响的空白，能够模拟不同应变率条件下固体推进剂的裂纹扩展特性，实现对固体推进剂不同应变率下裂纹扩展行为的预测。

技术领域

本发明涉及固体推进剂技术领域，尤其涉及一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法。

背景技术

固体推进剂药柱是固体火箭发动机的重要部件，固体推进剂药柱在生产、运输和使用过程中，会受到温度、机械振动和冲击等载荷作用，从而产生微裂纹等缺陷。固体推进剂上产生的裂纹是导致发动机性能异常的最重要因素，产生的危害也最大。固体推进剂上产生的裂纹不仅影响发动机的结构完整性，而且破坏了原药柱的设计燃烧规律，进而对发动机的内弹道性能产生影响，甚至可能导致爆炸等危险。固体推进剂上产生的裂纹对发动机装药性能的影响主要表现在以下两个方面：1)裂纹将为固体推进剂提供额外的燃烧面积，而且同装药通道中的正常燃烧相比，裂纹内的燃烧受到裂纹面内的压力、侵蚀燃烧等多种因素的影响，会引起发动机内局部流场的异常，并最终导致发动机的内弹道偏离其设计值，进而影响固体火箭的飞行弹道参数；2)在发动机的点火增压过程中，裂纹内复杂的对流燃烧过程可能会导致裂纹的失稳扩展，并进一步引发燃烧转爆轰现象的发生，从而导致发动机在工作过程中发生爆炸解体等灾难性事故。

因此，研究固体推进剂裂纹的起裂扩展规律对于固体发动机的结构完整性和安全性具有重要意义，但是固体推进剂具有明显的应变率敏感性，在不同应变率条件下推进剂的裂纹扩展特性明显不同，而目前对于固体推进剂的裂纹扩展仿真研究很少考虑应变率的影响，因此研究不同应变率下固体推进剂的裂纹扩展行为具有重要意义。

发明内容

本发明公开的一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法，填补了目前对于固体推进剂的裂纹扩展仿真研究较少考虑应变率影响的空白，能够模拟不同应变率条件下固体推进剂的裂纹扩展特性，实现对固体推进剂不同应变率下裂纹扩展行为的预测。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法，包括以下步骤：

构建指数内聚力模型并编写指数内聚力模型的VUMAT自定义材料子程序；

利用三单元标准固体模型构建率相关内聚力本构模型；

获取不同应变率效应下的实验数据；

根据所述实验数据和指数内聚力模型获取指数内聚力模型的参数；

根据所述实验数据和率相关内聚力本构模型获取率相关内聚力本构模型的参数；

检验参数辨识后的率相关内聚力本构模型。

进一步地，构建的指数内聚力模型为：

其中，φ_n和φ_t分别为界面法向内聚能和切向内聚能；Δ_n和Δ_t分别为界面法向和切向张开位移；δ_n和δ_t分别为界面法向和切向张开位移的临界长度；且定义为界面在纯剪切应力状态下失效时的法向位移临界值。

进一步地，利用三单元标准固体模型构建率相关内聚力本构模型为：