Page 72 - 《含能材料》2018年优秀论文

HTPB 推 进 剂 温 度 相 关 性 失 效 准 则 733

立了 HTPB 推进剂含温度效应的疲劳损伤三阶段演化
模型。
综 上 所 述 ，目 前 国 内 外 众 多 学 者 提 出 了 各 种 损
伤 失 效 模 型 ，认 为 材 料 的 加 载 过 程 ，是 一 个 损 伤 不
断 累 积 直 至 材 料 出 现 宏 观 失 效 的 过 程 ，其 失 效 过 程
不 仅 与 最 大 应 力 、最 大 应 变 有 关 ，而 且 与 材 料 的 整
个 加 载 应 力 作 用 的 历 史 密 切 相 关 。 然 而 ，这 些 损 伤
失 效 模 型 中 考 虑 温 度 变 量 的 却 很 少 ，都 停 留 在 常 温
下 对 推 进 剂 材 料 损 伤 失 效 模 型 的 研 究 。 我 国 疆 域
图 2 HTPB 推进剂 293.15 K 下的应力松弛曲线
广 阔 ，地 域 之 间 温 差 较 大 ，固 体 推 进 剂 在 服 役 期 间 Fig. 2 The stress relaxation curves of HTPB propellant at
长 期 承 受 温 度 载 荷 的 作 用 ，经 研 究 发 现 ［13-14］ 外 部 293.15 K
环 境 温 度 严 重 影 响 药 柱 的 疲 劳 失 效 特 性 。 因 此 ，本 2.3 单轴等速拉伸实验
研 究 拟 针 对 HTPB 推 进 剂 在 不 同 温 度 和 不 同 应 变
与应力松弛实验同样的保温方法，在低温 233.15，
率 下 的 失 效 特 性 进 行 探 索 ，基 于 E. J. S. Duncan ［5］
-1
253.15，273.15 K下进行2，20，100，500 mm·min 的等
提 出 的 累 积 损 伤 模 型 ，建 立 一 种 含 时 温 等 效 因 子 的
速拉伸破坏试验和在高温 293.15，323.15，343.15 K
失 效 准 则 ，为 HTPB 推 进 剂 装 药 结 构 完 整 性 分 析 计
-1
进行 0.5，2，20，100 mm·min 的等速拉伸破坏试验，
算 和 装 药 结 构 设 计 以 及 推 进 剂 的 储 存 提 供 必 要 的
依 据 。 同样利用 QJ211B 型电子万能实验机记录整个实验过
程中试件的应力和应变随时间的变化情况，同组实验
2 实验方法与实验结果 重复 3 次，取平均值为当组最终结果。其中 HTPB 推进

剂在 293.15 K 温度水平下以不同拉伸速度的应力‐应
2.1 实验试件
变曲线如图 3 所示，HTPB 推进剂在不同温度水平下以
实验对象为 HTPB 推进剂，主要成分为氧化剂高
-1
20 mm·min 拉伸速度的应力‐应变曲线图 4 所示。
氯酸铵（AP）、粘合剂 HTPB、铝粉、黑索今（RDX）等，试
由图 3 可见，HTPB 推进剂的力学性能明显受应变
件形状为哑铃型板条状，其尺寸如图 1 所示。
率影响，应变率越高，屈服应力越高。由图 4可知，HTPB
推进剂力学特性具有温度相关性，低温下（233.15 K）
推 进 剂 最 大 应 力 可 以 达 到 2.16 MPa，然 而 相 对 高 温
（343.15 K）时，最大应力只有 0.68 MPa，可见外部环境
温度对 HTPB 推 进 剂 力 学 性 能 影 响 很 大 ，尤其是在低
图 1 试件的尺寸（单位：mm） 温下，HTPB 推进剂的力学特性在温度之间变化很大。
Fig.1 Dimensions of specimens（unit：mm）

2.2 应力松弛实验
首先将材料试样密封包装后进行保温 3 h 左右，
待保温箱中温度达到实验所需温度时，利用 QJ211B
型 电 子 万 能 实 验 机 进 行 材 料 的 应 力 松 弛 实 验 。 按

GJB770B - 2005 方 法 413.4 规 定 ，实 验 温 度 选 择 为
233.15，253.15，273.15，293.15，323.15，343.15 K；
松 弛 应 力 测 试 时 间 ：2，4，8，20，40，80，200，600，
图 3 293.15 K，不同拉伸速度下HTPB推进剂的应力‐应变曲线
1000 s；初始恒定应变：5%。每组温度下应力松弛实
Fig.3 The stress‐strain curves of HTPB propellant under dif‐
验 重 复 3 次 ，结 果 取 平 均 值 。 其 中 HTPB 推 进 剂 在 ferent tensile speeds at 293.15 K
293.15 K 下的应力松弛实验曲线如图 2 所示。

含能材料 2018 年 第 26 卷 第 9 期 （732-738）
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS