Page 33 - 《含能之美》2019封面论文

278 强洪夫，王哲君，王广，耿标

表 3 单轴拉伸加载下老化后 HTPB 推进剂的最大伸长率主曲线关系式
Table 3 The equations for master curves of the strain at the maximum tensile stress for aged HTPB propellant in uniaxial tension

mechanical parameters aging time / d fitted relation regression coefficient
0 lgα = -0.04378T + 10.1773 0.9974
T
32 lgα = 71.8461exp( -T/96.5130 ) - 6.3493 0.9944
T
logarithmic shift factor lgα T
74 lgα = 64.1641exp( -T/100.6740 ) - 6.3187 0.9979
T
98 lgα = 49.6382exp( -T/121.6423) - 7.3350 0.9996
T
2
0 ε umt = -13.4464 + 14.0193exp { -2 ×[ 0.03568lg( α ⋅ ε ̇ ) + 0.06216 ] } 0.8449
T
strain at 32 ε = -13.3220 + 19.6124exp { -2 ×[ 0.03304lg( α ⋅ ε ̇ ) + 0.06473] } 0.8699
2
T
maximum tensile ε umt = -9.5093 + 10.0298exp { -2 ×[ 0.03817lg( α ⋅ ε ̇ ) + 0.07593] }
2
stress ε umt 74 umt T 0.8844
2
98 ε umt = -9.0256 + 9.5273exp { -2 ×[ 0.04083lg( α ⋅ ε ̇ ) + 0.08491] } 0.8714
T
3.2 应力状态影响分析 下与单轴拉伸时不同，但随温度的不断降低和应变率
热老化前后 HTPB 推进剂在准双轴和单轴拉伸加 的持续升高，推进剂细观结构的损伤程度相当严重，应
载 下 的 典 型 力 学 性 能 参 数 比 如 表 4 所 示 。 由 表 4 可 力状态的影响不明显。这些特性表明，准双轴拉伸条
知，不同加载下 HTPB 推进剂的准双轴和单轴拉伸强 件下老化前后的推进剂均易因为伸长率的降低而发生
度比 σ bmt /σ umt 均大于 1，且该比值随温度降低总体上呈 失效，则双轴拉伸条件下固体推进剂的最大伸长率可
升高趋势，但应变率变化对其影响较弱。而最大伸长 选为开展点火建压条件下药柱结构完整性分析时的失
率比 ε bmt /ε umt 均小于 1，且未老化时该参数随应变率升 效判据。此外，准双轴拉伸条件下未老化 HTPB 推进
高而总体上呈升高趋势，但老化后该参数随应变率升 剂 的 最 大 伸 长 率 约 为 单 轴 拉 伸 条 件 下 相 应 数 值 的
高而呈下降趋势，温度变化对该参数的影响较复杂。 60%~85%，而老化后约为 40%~60%，该比例关系有
其次，随热老化时间增长，强度比 σ bmt /σ umt 变化不大， 助于基于固体推进剂的单轴拉伸实验结果近似推断其
-1
仅在 14.29 s 应变率条件下升高较为明显。而最大伸 在双轴拉伸条件下的力学性能。
长率比 ε bmt /ε umt 随热老化时间增长而降低，且温度越 3.3 热加速老化影响分析
低，降低越明显。最终，随温度的持续降低（-50 ℃）和 热加速老化后 HTPB 推进剂在准双轴拉伸加载下
-1 的最大伸长率 ε
应变率（14.29 s ）的不断升高，推进剂的最大伸长率 bmt 随老化时间的变化关系如图 4 所示。
由图 4 可知，随加载温度和应变率发生变化， ε
不再受应力状态的影响，而近似为一恒定值。上述应 bmt 与热
力状态对推进剂力学性能的影响，一方面是由于双轴 老化时间之间的关系也发生变化。室温条件下，随应
变率升高， ε
拉伸时推进剂中的大分子链同时受两个方向的约束， bmt 与热老化时间之间从线性关系转变为
沿一个方向发生分子链之间滑移变形的难度增大。因 非线性关系。低温条件下，两者之间总体上满足非线
此，需要比单轴拉伸更大的应力作用才能发生破坏，这 性关系。当温度不断降低（-50 ℃）和应变率持续升高
-1
在很大程度上导致双轴拉伸时推进剂的最大拉伸应力 （14.29 s ）时，热老化基本上不再对推进剂最大伸长
率的变化产生影响， ε
较单轴拉伸时有所提高，而最大伸长率降低。另一方 bmt 最终稳定在 9% 左右。
面是由于推进剂细观结构的损伤程度在双轴拉伸条件 对比图 1和图 4可知，准双轴拉伸加载下 HTPB推进
表 4 老化前后 HTPB 推进剂的准双轴和单轴拉伸力学性能参数比
Table 4 Ratio of mechanical parameters for HTPB propellant before and after aging in quasi‑biaxial and uniaxial tension
σ bmt /σ umt ε bmt /ε umt
aging time / d temperature / ℃
0.40 s -1 4.00 s -1 14.29 s -1 42.86 s -1 0.40 s -1 4.00 s -1 14.29 s -1 42.86 s -1
25 1.0061 1.0069 1.0075 1.0210 0.6923 0.7857 0.8621 0.8571
0 -30 1.0217 1.0274 1.0254 1.0100 0.6400 0.6383 0.6136 0.7500
-50 1.0455 1.0411 1.0346 1.0955 0.7250 0.7639 1.0000 1.0000
25 1.0164 1.0145 1.1156 - 0.5864 0.4780 0.4129 -
74
-30 1.0084 1.0339 1.1396 - 0.4750 0.4721 0.4200 -
Note： σ bmt /σ umt is the strength ratio. ε bmt /ε umt is the ratio of the strain at maximum tensile stress.

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Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.4, 2019（274-281） 含能材料