AP-HTPB底排药剂发射过程动态结构响应特性及破碎机理研究

Currently, the problem that AP-HTPB base bleed propellant (A-HBBP) was torned and crushed during launch seriously hampered the development of extended-range technology with base bleed, and was also an important bottlenecks to solve in the extended-range technology with base bleed. The torning and crushing of A-HBBP relate with the dynamic structure response characteristics of A-HBBP during launch. In this project, first, establishing the dynamic mechanical constitutive model of A-HBBP with strain rate and temperature effects by dynamic mechanical testing under under different conditions of strain rate and temperature. Then, based on the actual working conditions, building the finite element analysis model of A-HBBP’s launching process, analyzing the dynamic structure response characteristics of A-HBBP during launch by FEA. Finally, by simulating the pressure loading process and pressure unloading process of A-HBBP to observe the dynamic structural damage pattern of A-HBBP, and combine with the dynamic structure response characteristics of A-HBBP to reveal the torning and crushing mechanism of A-HBBP during launch, providing theoretical basis for settlement of torning and crushing mechanism of A-HBBP issues.

目前，AP-HTPB底排药剂发射过程撕裂、破碎问题严重制约底排增程技术的发展，是底排增程技术中亟需解决的一个重要瓶颈。底排药柱撕裂、破碎与其发射过程中的动态结构响应特性密不可分,本项目首先拟通过动态力学试验获取AP-HTPB底排药剂在不同应变率和温度条件下的动态力学性能参数，分析应变率和温度变化对其力学性能的影响规律，建立适用于发射过程的、含有应变率和温度变化效应的AP-HTPB底排药剂动态力学本构模型。然后根据实际工况条件建立底排药柱发射过程有限元分析模型，仿真分析AP-HTPB底排药柱发射过程动态结构响应特性。最后，通过模拟底排药柱发射时的膛压加载和卸载过程，观察其动态结构损伤模式，并结合其发射过程动态结构响应特性，明确底排药柱发射过程撕裂、破碎机理，为最终解决AP-HTPB底排药剂发射过程撕裂、破碎问题提供基础理论依据。

本项目开展了AP-HTPB底排药剂静（应变率：8.3×10-5~8.3×10-1s-1）、动态力学（应变率：1100 s-1~7900s-1）性能测试，获取了不同应变率和温度条件下(-40℃~+50℃)的相关力学性能参数，分析不同应变率和温度变化对AP-HTPB底排药剂的力学性能影响规律，并采用SEM装置观察了底排药剂在冲击条件下破坏模式，分析了底排药剂的破碎机理。同时，设计了底排膛压模拟器，研究了底排药柱在膛压作用下的损伤情况。研究表明：.（1）准静态压缩条件下，底排药呈现应变率敏感性并可发生大变形；底排药剂在加卸载过程中，应力-应变曲线呈滞回曲线，表明底排药是典型的粘弹性材料，内摩擦的存在使得形变落后于应力；当对底排药剂重复加载时，底排药剂的强度明显降低，表明底排药初次加载后内部产生不可逆损伤和塑性变形。.（2）准静态体积压缩条件下，压力-体积应变基本呈线性变化，其斜率表征的体积模量K约为1.02GPa。.（3）动态压缩条件下：底排药剂动态压缩强度随着应变率的增加和温度的降低而增大。在-40℃~50℃不同温度下，当应变率较低时，试件细观形貌与冲击加载前相比，无明显差异；随着应变率的升高，不同温度下颗粒与基体的损伤形式有所不同，低温条件下，AP颗粒损伤随着应变率的提升以先冲击脆化、后粉末化的方式发生，HTPB基体在AP颗粒发生损伤后变得松散，并随着冲击强度的提高发生破坏断裂。不同温度下，底排药剂随着应变率的提高，出现损伤的颗粒数量增大，损伤程度也越来越严重；在低温条件下，颗粒抗冲击性大为提高，强度明显增加，承受冲击载荷时主要以AP颗粒冲击脆化的形式吸收能量而不至破坏。.（4）在仅有膛压载荷作用下时，底排药柱无明显损伤出现，说明发射过程中膛压载荷不是导致底排药柱破碎的直接原因或主导因素；弹丸出炮口瞬间底排药所经历的极高泄压载荷有可能是底排药柱破碎的主导原因。