含裂纹固体火箭发动机结构完整性分析

admin · 发表于 2022-9-11 16:37:08

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现代无损检测技术已经能够对固体火箭发动机的药柱内裂纹和气孔、界面脱粘等缺陷进行准确的检测。为此，含有大量缺陷的固体火箭发动机能否继续使用就成为亟待解决的题目。固体火箭发动机结构完整性分析正是通过评估发动机内部缺陷对发动机性能和可靠性的影响来实现对发动机质量评判的重要方法。本文通过建立固体发动机三维线粘弹性有限元模型，对发动机在固化降温、轴向过载、点火增压和多载荷耦合等载荷工况下的结构完整性进行分析，获得发动机危险截面评价。分析认为发动机的危险部位有：前机口粘接界面和药柱表面、前封头翼槽前端面、翼槽拐角处、后封头粘接界面和人工脱粘层根部等。在无缺陷发动机结构完整性分析的基础上，采用三维奇异裂纹元，在发动机应力应变集中区域预设不同深度的裂纹和脱粘缺陷，计算各种工况载荷下裂纹尖端断裂参数J积分值的变化情况，分析影响发动机结构完整性的各种因素。分析表明，固化降温对弹射点火过程裂纹尖端的J积分值影响很大，甚至会直接决定裂纹的扩展与否；翼槽前端面的裂纹危险性最大，在一定范围内，存在最佳裂纹深度；建立了三种深度的人工脱粘层模型，深度330mm的人工脱粘层稳定性较差，最佳人工脱粘层深度为230mm。总之，本文在三维发动机有限元建模、发动机多种载荷工况耦合的有限元计算以及含裂纹发动机结构完整性的分析方法等方面做了有益尝试，得出的结论对固体火箭发动机的设计、生产和使用具有一定的指导意义。

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