EPDM绝热包覆层热解特性及本构模型研究

摘要

三元乙丙(EPDM)作为固体火箭发动机的绝热包覆层位于发动机壳体与推进剂装药之间，在发动机工作过程中，绝热包覆层可以有效地控制装药燃面的变化规律，得到所需要的内弹道性能，从而保证发动机的正常工作。此外，绝热包覆层对壳体与药柱之间应力、应变的传递也起到了重要的缓冲作用，缓解了壳体的震动和冲击对装药燃烧的影响。这就要求绝热包覆层材料必须具有良好的热稳定性能和力学性能。本文针对EPDM绝热包覆层的热防护机理和本构模型展开研究，主要包括以下内容:
　　(1) EPDM绝热包覆层热稳定性实验研究
　　通过热重分析确定EPDM绝热包覆层材料的热解温度范围，结合能谱分析和微观结构扫描等技术手段对热解材料的微观结构、物相变化以及元素的成分和含量展开研究。通过实验结果分析EPDM绝热包覆层的热防护机理，并为其在不同热解状态下力学行为的变化规律提供理论依据。
　　(2) EPDM绝热包覆层力学实验研究
　　通过多步松弛和单轴拉伸两种实验方式，获取不同热解状态下EPDM的平衡响应曲线和拉伸曲线。结合实验结果分析材料的粘流特性、率敏感性和超弹性等特征以确定材料的力学范畴，为建立EPDM绝热包覆层在不同热解状态条件下的本构模型提供了实验基础。
　　(3) EPEM原始材料层本构模型研究
　　根据EPDM准静态力学实验结果，采用超弹性模型对平衡响应曲线进行拟合，并在此基础上引入应变率参数函数，以描述EPDM在单轴拉伸实验中的率相关特性，从而构建了能够描述和预测EPDM在有限应变率范围内力学响应特性的粘超弹本构模型。
　　(4) EPDM热解材料层本构模型研究
　　基于EPDM初始热解材料在准静态条件下的粘超弹特性，本文构建了一个由含热解温度项的超弹单元模型和含损伤项的粘弹单元模型并联组成的粘超弹本构模型;基于EPDM深度热解材料所呈现出的的弹脆性特征，尝试采用Ogden(n=2)模型对其进行描述。拟合结果表明，粘超弹模型和超弹脆性模型均可很好地描述EPDM在不同热解程度下的力学行为，为EPDM绝热包覆层在固体火箭发动机工作过程中的应力、应变传递提供了一定的理论依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 EPDM热防护机理研究进展

1．2．2 EPDM本构模型研究进展

1．3 本文主要研究内容

2 EPDM绝热包覆层热稳定性实验研究

2．1 热重分析

2．1．1 实验设备

2．1．2 实验方法

2．1．3 结果与分析

2．2 热解分析

2．2．1 实验设备

2．2．2 实验方法

2．2．3 实验结果与分析

2．3 微观结构及成分分析

2．3．1 实验设备

2．3．2 实验方法

2．3．3 组分分析(EDS)

2．3．4 形态结构分析(SEM)

2．4 本章小结

3 EPDM绝热包覆层力学实验研究

3．1 实验材料与实验设备

3．2 实验方法

3．2．1 多步松弛实验

3．2．2 单轴拉伸实验

3．3 实验结果讨论

3．4 本章小结

4 EPDM原始材料层本构模型研究

4．1 超弹模型f(ε)

4．1．1 Mooney-Rivfin模型

4．1．2 Ogden模型

4．1．3 拟合结果与分析

4．2 粘性项μ(ε，(ε))

4．3 粘超弹本构模型

4．4 验证实验

4．5 本章小结

5 EPDM热解材料层本构模型研究

5．1 粘超弹本构模型的建立

5．1．1 超弹单元模型

5．1．2 粘弹单元模型

5．1．3 粘超弹本构模型拟合结果

5．2 超弹脆性本构模型的建立

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 主要工作总结

6．2 创新点

6．3 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况