[发明专利]一种测量固体推进剂泊松比的方法及系统

说明书

本发明涉及一种测量固体推进剂泊松比的方法及系统，用于对固体推进剂的泊松比进行测试，方法包括准备阶段与试验阶段，其中准备阶段包括：制作推进剂试样；确定试样的尺寸；测量试样的比例极限；对用于测量试样的宽度方向应变的柔性传感器进行标定；在试样上安装柔性传感器；检测柔性传感器的平行度和垂直度；试验阶段包括：施加载荷并采集数据。根据本发明的方法，采用柔性传感器来对固体推进剂的试样进行测量，由于柔性传感器的模量比推进剂低，在泊松比测量时不会影响推进剂本身的力学性能，提高泊松比测量精度。

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体来说涉及一种测量固体推进剂泊松比的方法及系统。

背景技术

泊松比是物体的一个重要性能参数。根据泊松比的定义，测试泊松比值即间接测试材料在一定载荷作用下的纵横向位移变形量，而位移变形量除以原始长度即为应变。

泊松比的测试方法很多，根据泊松比测试过程中所用的基本原理不同，可以分为机械方法、声学方法、光学方法等等。

运用机械方法测定材料泊松比一般属于接触式测量。弹性泊松比的测试已经标准化。目前采用最多的方法是通过各种引伸计配合二次仪表采集数据获得纵横向应变数据测得泊松比。机械测量法在常温下操作简单方便，使用引伸计法，位移测量直观，但是引伸计的自重和夹持力较大会引起软质试样的附加变形，因此适用于硬质试样。

泊松比测试的声学方法主要包括布里渊散射、表面声、声显微学等方法。声学方法是完全的无损检测。布里渊散射和表面声波法都是利用激光束直接射到试样表面激发表面声波；声显微学中的入射声波则是通过液体介质射到试样表面激发表面声波，其频率比前两者低，适用于探测较厚的表面层。此外，目前广泛运用的超声技术如相比较法、脉冲回波重合法和脉冲重迭法则是利用超声相干原理，通过测量频率测得声速，从而计算各个弹性参数。声学方法的缺点主要是非金属材料的声阻和内阻尼较大，使得声速和振动测试都比较困难。同时，声学方法虽然不会破坏材料表面状态，但也不能判断材料从弹性到塑性形变的转折点，不能保证测试在弹性基线范围内进行。

光学法尤其是数字散斑面内相关方法（DICM）具有全场测量、非接触、光路相对简单、测量视场可调、无需进行干涉条纹处理等众多优点。因此，光学方法在泊松比测量中得到了广泛运用。数字散斑面内相关方法的基本思想始于20世纪80年代初期。早期的研究利用电视摄像机记录被测材料加载前后的激光散斑图，经过模数转变，将图像存储于微机之中。通过计算相关系数的极值测定物体的表面变形量。近年来，还有人提出了数字图像相关方法（DIC）用于推进剂泊松比的测量。

固体推进剂是典型的粘弹性材料，其泊松比是时间的函数。在数值仿真中泊松比微小的变化就会引起仿真结果较大的误差，所以测量高精度动态的泊松比，对于固体火箭发动机结构完整性仿真来说十分重要。然而长期以来，因受限于测量技术水平，同时也为了简化问题，往往将固体推进剂等粘弹性材料的泊松比视为常数。目前，测量固体推进剂的泊松比的方法之一是采用引伸计法等传统的接触测量方式进行测量。这样处理不可避免地会带来较大的测量误差。一方面，未考虑时间和温度对泊松比的影响；另一方面，固体推进剂模量较小，易变形，接触测量法会增加推进剂的附加刚度。采用该方法，会导致泊松比测量精度低，大变形下泊松比测量会产生较大的误差，小变形量测试精度低。

目前有采用数字图像相关方法的方式的非接触式测量推进剂泊松比，该方法相比于接触式测量精度有一定的提升。但目前对于推进剂测量，数字图像相关方法方法有重复性差，试验结果极度依赖于对光测图像的数字处理方法。并且存在小应变（10%以内）测试不准，高应变率下测试会产生误差等问题。

其他像超声波法、测其他变量计算泊松比的方法只能获得泊松比定值并不能用于泊松比的动态测量。