Page 32 - 《含能之美》2019封面论文

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低 温 动 态 加 载 下 三 组 元 HTPB 复 合 固 体 推 进 剂 的 失 效 判 据
位因子 lgα 和最大伸长率 ε
机理作用均使得最大伸长率随热老化时间的增长而降 T umt 随温度和应变率变化如
低。此外，随应变率升高，热老化后 HTPB 推进剂在低 表 3 所示，基于表 3 可对较宽加载范围内推进剂的失
温条件下的细观损伤形式仅包括 AP 颗粒断裂（图 2d 效情况进行分析。此外，由表 3 可知，老化后 HTPB 推
所 示），损 伤 形 式 发 生 改 变 的 临 界 应 变 率 为 4.00~ 进剂的单轴拉伸最大伸长率移位因子随温度变化关系

-1
14.29 s 。因此，低温条件下加载时，推进剂最大伸长
从线性转变为指数形式的非线性，而最大伸长率主曲
率的降低速率在该应变率阶段较大，与热老化时间之
线在老化前后均可以用非线性的 Gauss 函数形式进行
间的变化关系呈非线性。最后，随温度持续降低和应
拟合描述。
变率不断升高，推进剂内部的 AP 颗粒几乎全部发生断
裂，其细观损伤程度非常高，则应变率和热老化时间几
乎不对推进剂最大伸长率的变化产生影响。由于低温
动态加载下最大伸长率仍满足随热老化时间增长而不
断下降的规律，且最大伸长率随温度、应变率和热加速
老化时间的变化能反映推进剂内部细观损伤机理和损
伤程度的变化。因此，可将最大伸长率定义为分析低
温动态单轴加载下 HTPB 推进剂失效的判据。

a. 98 d

a. -40 ℃，0.40 s ，0 d b. -40 ℃，14.29 s ，0 d
-1
-1

b. different thermal aging time
图 3 单轴拉伸加载下老化后 HTPB 推进剂的最大伸长率主曲
线
Fig.3 Master curves of the strain at maximum tensile stress
for aged HTPB propellant in uniaxial tension

c. -40 ℃，0.40 s ，98 d d. -40 ℃，14.29 s ，98 d
-1
-1
3 双轴失效判据
图 2 HTPB 推进剂的拉伸断面 SEM 图（×200）
Fig.2 The SEM images of tensile fracture surfaces for HTPB 3.1 准双轴拉伸力学性能实验及参数确定
propellant（×200）
采用新型单轴高性能试验机和板条实验件开展
2.3.2 主曲线 HTPB 推进剂准双轴拉伸实验条件为：4 个热加速老化
基于时温等效原理（TTSP）可获得固体推进剂等 时间（0，32，74，98 d）、3 个温度（-50，-30，25 ℃）和
-1
粘弹性材料的力学性能主曲线，进而对较大加载范围 4 组应变率（0.40，4.00，14.29，42.86 s ）。基于国内
［27］
内材料的力学性能进行预测 。采用低温动态单轴 GJB 770B-2005 标准（测试方法 413）定义单轴拉伸条
拉伸实验获得的数据，基于 TTSP 建立的不同热老化时 件下固体推进剂力学性能参数的方法，直接从准双轴
间后 HTPB 推进剂的最大伸长率主曲线如图 3 所示。 拉伸加载的应力-应变曲线上确定沿试验机拉伸方向
由于研究低温动态加载下推进剂的失效判据，因此， （竖直方向）的 HTPB 推进剂的最大拉伸应力（或最大
抗拉强度） σ 和最大伸长率 ε
0
以-40 ℃为参考温度 T 。不同热老化时间条件下，移 bmt bmt 。
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 4 期 （274-281）