EPDM絕熱包覆材料高應(yīng)變率實(shí)驗(yàn)與本構(gòu)模型研究.pdf

1、隨著火箭導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作壓強(qiáng)的提高，高能推進(jìn)劑的推廣與應(yīng)用，抗高過載沖壓火箭的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)安全問題也越發(fā)突出。在火箭武器裝配、存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及工作過程中，高發(fā)射過載、撞擊跌落等沖擊載荷將擠壓推進(jìn)劑與絕熱包覆層，導(dǎo)致裝藥結(jié)構(gòu)變形或無法完成預(yù)定目標(biāo)，甚至誘發(fā)災(zāi)難性事故。因此，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥具有較高的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，需深入了解裝藥與包覆層的力學(xué)性能，并研究熱解碳化對(duì)三元乙丙(EPDM)材料性能的影響。本文采用實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合的

2、方法，分析三元乙丙絕熱包覆原始材料及其熱解后材料在寬泛應(yīng)變率下力學(xué)特性，構(gòu)建能有效描述其力學(xué)規(guī)律的本構(gòu)模型，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1) EPDM絕熱包覆材料的熱解實(shí)驗(yàn)。采用熱重分析儀(TGA)對(duì)EPDM材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，在氮?dú)獾沫h(huán)境下以不同升溫速率對(duì)樣品進(jìn)行加熱，得到材料的熱重分析曲線。根據(jù)熱重曲線結(jié)果完成不同溫度下EPDM材料不同程度熱解保溫實(shí)驗(yàn)。采用電鏡能譜法(EDS)觀測(cè)EPDM材料熱解各階段不同元素含量的變化，為

3、之后研究EPDM材料熱解后的力學(xué)性能做準(zhǔn)備工作。
　　(2) EPDM材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究。利用萬能試驗(yàn)機(jī)完成EPDM原始材料和不同程度熱解后材料的不同速率準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn);并通過分離式霍普金森壓桿裝置對(duì)EPDM原始材料和不同程度熱解后材料進(jìn)行不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)研究。分析材料在低應(yīng)變率與高應(yīng)變率下力學(xué)行為的差異以及對(duì)應(yīng)變率的敏感性，并研究材料熱解程度不同對(duì)其力學(xué)性能的影響。
　　(3)低應(yīng)變率下EPDM材料的本構(gòu)模型。

4、由于EPDM原始材料在準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中超彈特性表現(xiàn)突出，故結(jié)合超彈模型與率相關(guān)項(xiàng)建立低應(yīng)變率下EPDM原始材料本構(gòu)模型來描述其力學(xué)特征。根據(jù)EPDM材料熱解后所展現(xiàn)的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)特性，因熱解程度不同表現(xiàn)出從高彈性材料到松散脆性材料的轉(zhuǎn)變，進(jìn)行分階段建模，以求能夠精確有效地描述EPDM材料在不同熱解程度下的力學(xué)性能，通過擬合獲取模型參數(shù)，并將理論預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證所建立模型的可靠性。
　　(4)高應(yīng)變率下EPDM材料的力學(xué)模型

5、。為描述EPDM原始材料在高應(yīng)變率下的超彈與粘彈特性，通過以超彈響應(yīng)項(xiàng)代替多項(xiàng)式非線性彈性項(xiàng)對(duì)ZWT模型進(jìn)行改進(jìn)，來呈現(xiàn)在不同高應(yīng)變率下EPDM原始材料的力學(xué)性能。并在改進(jìn)型ZWT模型的基礎(chǔ)上引入溫度相關(guān)項(xiàng)來描述動(dòng)態(tài)沖擊壓縮實(shí)驗(yàn)中熱解程度不同所引起EPDM材料力學(xué)行為的變化，加入適當(dāng)修正以保證不同工況下的預(yù)測(cè)精度，建立能夠表征EPDM材料在不同熱解階段以及不同應(yīng)變率下力學(xué)響應(yīng)的完整力學(xué)本構(gòu)模型，通過結(jié)果驗(yàn)證以確保模型的有效性。