可燃芯模材料對環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)完整性影響分析①

國峰楠,李一鳴,李鋒銳,劉 通

(1.大連理工大學(xué) 航空航天學(xué)院,大連 116024;2.內(nèi)蒙動(dòng)力機(jī)械研究所,呼和浩特 010010)

0 引言

隨著固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展,采用高裝填比藥柱來提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能的手段近些年得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著裝填比增大,藥柱內(nèi)部承受的應(yīng)力、應(yīng)變水平也隨之增大,影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性及工作可靠性。

何景軒等[1]指出固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱結(jié)構(gòu)完整性評估仍然是固體動(dòng)力設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)問題之一。龔建良等[2]、魏曉林等[3]分析總結(jié)了近些年來我國固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱結(jié)構(gòu)完整性的研究進(jìn)展,指出藥形結(jié)構(gòu)是其重要的影響因素,在裝藥設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)該對各種載荷下藥柱應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行詳細(xì)分析。王佳奇等[4]分析模擬了某發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱在低溫和低溫點(diǎn)火升壓兩種載荷下的結(jié)構(gòu)完整性,并采用冷增壓系統(tǒng)開展了對比試驗(yàn)。隨軍等[5]研究了NEPE推進(jìn)劑藥柱模量老化對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響。劉向陽等[6]對考慮圍壓效應(yīng)的NEPE 推進(jìn)劑藥柱結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行了研究,指出圍壓效應(yīng)對 NEPE 推進(jìn)劑藥柱力學(xué)響應(yīng)的影響與損傷應(yīng)變閾值有關(guān)。CHYUAN[7,8]的研究結(jié)果表明,在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析過程中,溫度載荷和內(nèi)壓載荷是造成藥柱破壞的主要載荷。鄧康清等[9]針對自由裝填藥柱開展了結(jié)構(gòu)完整性分析。

為了降低高裝填藥柱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力水平,通常會(huì)在藥柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中采用一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式,如徑向環(huán)形槽藥柱、分段藥柱等[10]。其中徑向環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)(也稱為內(nèi)孔傘盤型裝藥)是一種能夠降低藥柱結(jié)構(gòu)應(yīng)力的有效手段。文獻(xiàn)研究表明,與無環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)相比,采用徑向環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的藥柱內(nèi)部最大應(yīng)變水平降低5%以上[11]。但是由于環(huán)形槽藥柱這種特殊藥柱結(jié)構(gòu)在工藝實(shí)現(xiàn)過程中存在諸多困難,同時(shí),在外載荷作用下,環(huán)形槽根部的應(yīng)力、應(yīng)變較大,極易出現(xiàn)裂紋等缺陷[12],因此需要對此種藥柱結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行全面評估與分析,指導(dǎo)此類新型藥柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制備。針對環(huán)形槽藥柱的裝藥結(jié)構(gòu)完整性,國內(nèi)學(xué)者也開展相關(guān)的研究工作。李磊[13]開展了環(huán)形槽裝藥幾何參數(shù)的靈敏度分析研究,獲得了不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)完整性的影響,用于指導(dǎo)藥柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作;蒙上陽、李磊等[11,14～15]開展了不同載荷條件下含傘盤結(jié)構(gòu)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析工作,給出了傘盤曲面結(jié)構(gòu)、傘盤深度、傘盤寬度對藥柱應(yīng)變的影響,并進(jìn)行了傘盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化;申志彬等[16]研究了傘盤結(jié)構(gòu)對裝藥結(jié)構(gòu)藥柱完整性的影響規(guī)律,相關(guān)結(jié)果用于指導(dǎo)環(huán)形槽藥柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。田鵬等[17]對環(huán)形槽結(jié)構(gòu)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行了計(jì)算,獲得了不同環(huán)形槽參數(shù)對藥柱應(yīng)變的影響。王晨飛[18]利用ABAQUS軟件對大長徑比復(fù)雜裝藥結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行了分析,研究了環(huán)形槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響。從文獻(xiàn)來看,國內(nèi)研究主要集中于分析環(huán)形槽結(jié)構(gòu)參數(shù)對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響,進(jìn)而對環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),但對含芯模結(jié)構(gòu)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性研究相對較少。

本文基于含可燃芯模的徑向環(huán)形槽藥柱成型方法,開展了含芯模結(jié)構(gòu)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析。該芯模結(jié)構(gòu)由可燃材料制備而成,在藥柱固化后無需脫模,發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后隨藥柱一起燃燒消融。本文對此種含可燃芯模結(jié)構(gòu)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行分析與研究,主要研究芯模結(jié)構(gòu)對藥柱內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的影響,同時(shí)分析了芯模材料參數(shù)與藥柱結(jié)構(gòu)完整性的相關(guān)關(guān)系,為可燃芯模材料的選取及環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 徑向環(huán)形槽藥柱可燃芯模構(gòu)型

為了解決徑向環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過程中無法有效脫模、工藝實(shí)現(xiàn)困難等問題,設(shè)計(jì)了一種利用可燃芯模材料來實(shí)現(xiàn)環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)成型的方法。該芯模結(jié)構(gòu)可采用增材制造方式制備,降低復(fù)雜型面藥柱結(jié)構(gòu)對芯模結(jié)構(gòu)成型的限制,可燃芯模結(jié)構(gòu)裝藥完成后無需脫模,在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中隨藥柱一同燃燒消融,解決了傳統(tǒng)芯模脫模困難的問題。在芯模材料選取過程中,選擇了燒蝕率大(易燃)、與藥柱粘接性能良好的材料,同時(shí)可燃芯模在燒蝕后殘?jiān)^少,減少芯模燒蝕后對發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道的影響。

圖1給出了含可燃芯模徑向環(huán)形槽藥柱的成型示意圖。推進(jìn)劑澆注前,將可燃芯模與芯軸連接放入裝藥殼體內(nèi)部;推進(jìn)劑藥柱固化后,將芯軸拆卸,可燃芯模與藥柱結(jié)構(gòu)共同留存于燃燒室中,形成含可燃芯模的燃燒室結(jié)構(gòu)。由于該可燃芯模一直存在于燃燒室內(nèi)部,因此在分析藥柱結(jié)構(gòu)完整性時(shí),需要考慮芯模結(jié)構(gòu)對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響。

圖1 含可燃芯模環(huán)形槽藥柱成型示意圖Fig.1 Schematic diagram of annular groove grain with combustible mold

2 藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析評估方法

2.1 材料參數(shù)選取

發(fā)動(dòng)機(jī)殼體材料為高強(qiáng)度鋼,絕熱層材料為三元乙丙橡膠,為了簡化計(jì)算,將襯層材料作為絕熱層材料處理,藥柱為丁羥四組元推進(jìn)劑。

發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、絕熱層(襯層)和藥柱的原始材料參數(shù)如表1所示。用Prony級(jí)數(shù)表征的粘彈性推進(jìn)劑松弛模量E(t)如式(1)所示,式中的各項(xiàng)參數(shù)見表2。

(1)

描述推進(jìn)劑材料時(shí)間-溫度等效因子的WLF方程見式(2):

(2)

式中C1=20.012,C2=573.037;T0為參考溫度T0=293.15 K。

芯模材料選用改性聚乳酸材料,其材料性能如表3所示。對選取的芯模材料開展常壓條件下的氧乙炔線燒蝕率測試(測試標(biāo)準(zhǔn)為GJB 323A—96),測得可燃芯模材料的線燒蝕率為0.97～1.01 mm/s。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)材料參數(shù)Table 1 Material parameters of motor

表2 推進(jìn)劑松弛模量參數(shù)Table 2 Parameters of propellant relaxation modulus

表3 芯模材料參數(shù)Table 3 Material parameters of mold

2.2 藥柱結(jié)構(gòu)安全系數(shù)計(jì)算方法

對于藥柱內(nèi)表面破壞,通常使用八面體剪應(yīng)變準(zhǔn)則,采用Von-Mises等效應(yīng)變來衡量。等效應(yīng)變可定義如下:

在計(jì)算過程中,選取柱坐標(biāo)系,其中,εx、εy和εz分別表示軸向、環(huán)向與徑向應(yīng)變。

考慮到溫度載荷和壓強(qiáng)載荷通常采用應(yīng)變破壞準(zhǔn)則進(jìn)行分析,以伸長率作為判據(jù)。本文采用工程中常用的累積損傷安全系數(shù)評估方法[19]。

溫度載荷下,藥柱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的安全系數(shù)fT為

(4)

式中εT為溫度載荷下計(jì)算得到的最大等效應(yīng)變;εm為推進(jìn)劑的最大伸長率。

需要說明的是,此處計(jì)算的溫度載荷為固化降溫載荷中的溫度載荷。

點(diǎn)火建壓載荷下藥柱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的安全系數(shù)fp為

(5)

式中εp為點(diǎn)火建壓載荷下計(jì)算得到的最大等效應(yīng)變。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)受到溫度載荷與內(nèi)壓載荷的聯(lián)合作用,藥柱的累積安全系數(shù)f為

(6)

根據(jù)上述累積損傷安全系數(shù)評估方法,當(dāng)獲得了藥柱內(nèi)部的等效應(yīng)變及藥柱的最大伸長率,通過式(6)可以計(jì)算得到藥柱保持結(jié)構(gòu)完整的綜合安全系數(shù),用于對環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)的完整性評估。

3 藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析

3.1 模型

文獻(xiàn)研究表明,開設(shè)3個(gè)環(huán)形槽能有效緩解管形裝藥由于長徑比過大而導(dǎo)致的應(yīng)變集中[16],本文選取3個(gè)環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。同時(shí),根據(jù)田鵬等[17]的研究結(jié)果,環(huán)形槽的寬度會(huì)影響藥柱結(jié)構(gòu)完整性,為了研究芯模對藥柱應(yīng)變的影響,給出了三種不同模型(圖2)進(jìn)行對比分析:

(1)無芯模結(jié)構(gòu)環(huán)形槽藥柱Model 1,環(huán)形槽寬度為W;

(2)無芯模結(jié)構(gòu)環(huán)形槽藥柱Model 2,環(huán)形槽寬度為W-2L;

(3)含芯模結(jié)構(gòu)環(huán)形槽藥柱Model 3,芯模寬度為L,藥柱內(nèi)部環(huán)形槽寬度為W。

在本文算例中,選取W=20 mm,L=3 mm對上述三種模型開展了藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析,研究了各模型在外載荷條件下的應(yīng)力-應(yīng)變的變化規(guī)律。本文算例中施加的載荷條件如下:

(1)溫度載荷,即固化降溫載荷,對模型施加從 58 ℃降至20 ℃的溫度載荷(本文取零應(yīng)力溫度為58 ℃[17],降溫速率為1 ℃ /h);

(2)內(nèi)壓載荷,即點(diǎn)火建壓載荷,對模型施加 10 MPa的內(nèi)壓載荷,點(diǎn)火增壓時(shí)間為0.1 s。

根據(jù)藥柱結(jié)構(gòu)的軸對稱特性,建立了1/18模型,Model 1、Model 2和Model 3劃分的網(wǎng)格數(shù)目分別為 1 202 212、1 252 378、1 423 437,三種模型的燃燒室?guī)缀文Ｐ鸵妶D3,含可燃芯模的藥柱結(jié)構(gòu)見圖4,環(huán)形槽附近的網(wǎng)格模型如圖5所示。

(a)Model 1 (b)Model 2 (c)Model 3圖2 三種不同幾何模型環(huán)形槽示意圖Fig.2 Schematic diagram of three ring groove chamber grain models

(a)Model 1

(b)Model 2

(c)Model 3圖3 三種燃燒室?guī)缀文Ｐ褪疽釬ig.3 Schematic diagram of three chamber geometric models

圖4 Model 3含芯模藥柱幾何模型示意圖Fig.4 Schematic diagram of grain geometric model of Model 3

圖5 藥柱環(huán)槽位置網(wǎng)格示意圖Fig.5 Meshes near the ring groove of Model 3

3.2 溫度載荷結(jié)果對比

三種模型在固化降溫載荷下的藥柱等效應(yīng)變結(jié)果如圖 6所示。從圖6可以看出,三種模型的應(yīng)變趨勢基本一致,最大應(yīng)變出現(xiàn)在中間環(huán)形槽位置的根部,這與文獻(xiàn)[17]中的結(jié)果一致。從圖6還可以明顯看出,Model 3藥柱的最大等效應(yīng)變與Model 1、Model 2相比明顯變小。在固化降溫載荷作用下,含芯模藥柱的最大等效應(yīng)變?yōu)?.243%,較無芯模狀態(tài)Model 1下降約26%,較Model 2下降約32.7%。

(a)Model 1

(b)Model 2

(c)Model 3圖6 溫度載荷下的等效應(yīng)變云圖Fig.6 Equivalence strain contours under temperature loading

圖7給出了三種模型在固化降溫載荷下的藥柱Mises應(yīng)力云圖。與應(yīng)變結(jié)果一致,最大Mises應(yīng)力也出現(xiàn)在中間環(huán)形槽根部。含可燃芯模的Model 3模型藥柱最大Mises應(yīng)力為0.848 MPa,與Model 1和Model 2相比,分別下降約26.0%和32.7%。這說明藥柱內(nèi)部增加環(huán)形槽可燃芯模后,藥柱內(nèi)部的應(yīng)力水平有降低趨勢。

(a)Model 1

(b)Model 2

(c)Model 3圖7 溫度載荷下的Mises應(yīng)力云圖Fig.7 Mises stress contours under temperature loading

3.3 內(nèi)壓載荷結(jié)果對比

點(diǎn)火建壓載荷下的藥柱等效應(yīng)變結(jié)果見圖8。圖9給出了三種模型在內(nèi)壓載荷下的藥柱Mises應(yīng)力云圖。

由圖8可見,與溫度載荷相同,三種模型的最大應(yīng)變也出現(xiàn)在中間環(huán)形槽的根部位置。在點(diǎn)火建壓載荷作用下,含芯模藥柱(Model 3)的最大等效應(yīng)變?yōu)?8.306%,較無芯模狀態(tài)Model 1下降約27.7%,較Model 2下降約34.5%。

由圖9可見,Model 3模型的藥柱最大Mises應(yīng)力為1.661 MPa,與Model 1的2.30 MPa和Model 2的2.536 MPa相比,分別下降約22.7%和34.5%。

對三種模型環(huán)形槽根部位置的累積損傷安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,在藥柱力學(xué)性能一致的情況下,三種模型的安全系數(shù)對比見表4。可以看出,增加了芯模組件后,藥柱的累積安全系數(shù)得到了較大的提升。

(a)Model 1

(b)Model 2

(c)Model 3圖8 點(diǎn)火建壓載荷下的等效應(yīng)變云圖Fig.8 Equivalence strain contours under pressure loading

(a)Model 1

(b)Model 2

(c)Model 3圖9 點(diǎn)火建壓載荷下的Mises應(yīng)力云圖Fig.9 Mises stress contours under pressure loading

表4 三種模型累積安全系數(shù)對比Table 4 Safety factors of three models

3.4 環(huán)形槽芯模結(jié)構(gòu)安全性分析

為了評估芯模結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的使用安全性,對芯模材料在溫度載荷、內(nèi)壓載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變水平進(jìn)行了仿真分析,詳見圖10、圖11。

(a)Equivalence strain (b)Mises stress圖10 溫度載荷下Model 3環(huán)形槽芯模應(yīng)力應(yīng)變云圖Fig.10 Stress-strain contours of the mold under temperature loading for Model 3

(a)Equivalence strain (b)Mises stress圖11 內(nèi)壓載荷下Model 3環(huán)形槽芯模應(yīng)力應(yīng)變云圖Fig.11 Stress-strain contours of the mold under pressure loading for Model 3

從圖10、圖11中可以發(fā)現(xiàn),芯模材料在溫度載荷下的最大Mises應(yīng)力為26.58 MPa,在內(nèi)壓載荷下的最大Mises應(yīng)力約為55.77 MPa,兩者均遠(yuǎn)小于其材料強(qiáng)度。溫度載荷和內(nèi)壓載荷條件下的最大等效應(yīng)變分別為1.023%和2.146%,遠(yuǎn)小于材料的斷裂延伸率10%,分析認(rèn)為芯模材料在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中能夠保持結(jié)構(gòu)完整,不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞。

3.5 芯模參數(shù)對藥柱結(jié)構(gòu)完整性影響

為研究芯模材料參數(shù)對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響,選取了不同的芯模材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性分析。

在計(jì)算過程中,僅考慮芯模彈性模量對藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響,其他參數(shù)均與Model 3模型一致。圖12給出了不同彈性模量芯模的藥柱等效應(yīng)變仿真計(jì)算結(jié)果?？梢钥闯?芯模的彈性模量不同,藥柱等效應(yīng)變在數(shù)值上存在差異,且最大等效應(yīng)變出現(xiàn)的位置也有很大不同。

(a) E=50 MPa

(b)E=500 MPa

(c)E=3300 MPa

(d)E=8000 MPa圖12 點(diǎn)火建壓載荷下不同芯模材料彈性模量的藥柱等效應(yīng)變云圖Fig.12 Equivalence strain contours of the grains with different mold elastic modules under inner pressure load

圖13給出了內(nèi)壓載荷下不同芯模彈性模量與藥柱最大等效應(yīng)變的關(guān)系曲線。可以看出,彈性模量對藥柱最大等效應(yīng)變的影響可以分為四個(gè)區(qū)域。通過計(jì)算可知,溫度載荷下芯模彈性模量與藥柱最大等效應(yīng)變關(guān)系的變化規(guī)律與內(nèi)壓載荷一致。

圖13 芯模彈性模量對藥柱最大等效應(yīng)變的影響Fig.13 Influence of the mold elastic modules on the maximum equivalence strain in grain

在第一區(qū)域內(nèi),芯模彈性模量較小(E=0～130 MPa),藥柱最大等效應(yīng)變出現(xiàn)在環(huán)形槽與內(nèi)孔交接區(qū)域。隨著彈性模量的增加,藥柱最大等效應(yīng)變逐漸減小。由于該階段芯模彈性模量較小,在內(nèi)壓載荷作用下,芯模變形較大,在該區(qū)域引起較大的應(yīng)變。因此,最大等效應(yīng)變出現(xiàn)在環(huán)形槽與內(nèi)孔交接區(qū)域。

在第二區(qū)域內(nèi)(E=130～650 MPa),藥柱內(nèi)部的最大等效應(yīng)變出現(xiàn)在藥柱結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔區(qū)域。隨著芯模彈性模量的增大,藥柱最大等效應(yīng)變逐漸增大,但增長速率較慢。在該區(qū)域內(nèi),芯模彈性模量與藥柱相匹配,其變形與藥柱變形協(xié)調(diào)性較好,使得該位置處的應(yīng)變與內(nèi)孔相比較小,最大等效應(yīng)變出現(xiàn)在內(nèi)孔區(qū)域。

在第三區(qū)域內(nèi)(E=650～4500 MPa),藥柱內(nèi)部的最大等效應(yīng)變出現(xiàn)在環(huán)形槽藥柱根部。當(dāng)芯模彈性模量繼續(xù)增大時(shí),藥柱最大等效應(yīng)變也隨之增大,當(dāng)芯模彈性模量增大至2000 MPa后,最大等效應(yīng)變的變化趨于平穩(wěn)。該區(qū)域內(nèi)芯模彈性模量持續(xù)增大,芯模整體變形減小,環(huán)形槽根部的藥柱變形與芯模變形差距增大,使得該位置的等效應(yīng)變相比于其他區(qū)域變大的趨勢更加明顯,最大等效應(yīng)變由內(nèi)孔區(qū)域轉(zhuǎn)移至環(huán)形槽根部區(qū)域。

在第四區(qū)域內(nèi)(E>4500 MPa),藥柱內(nèi)部的最大等效應(yīng)變又出現(xiàn)在環(huán)形槽與內(nèi)孔交接區(qū)域,且隨著芯模彈性模量的增大持續(xù)增大。該區(qū)域內(nèi)芯模的彈性模量與藥柱相比非常大,在內(nèi)壓載荷的作用下,芯模的起始部位變形極小,藥柱在環(huán)形槽與內(nèi)孔交接區(qū)域出現(xiàn)位移及應(yīng)變的嚴(yán)重不匹配,該位置的等效應(yīng)變在整個(gè)藥柱內(nèi)部處于較大水平。該階段的藥柱最大等效應(yīng)變與芯模彈性模量呈近似線性關(guān)系,分析其原因是在芯模彈性模量增大到一定程度后,芯模的變形與藥柱變形不匹配,在交接處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,同時(shí)由于芯模與藥柱粘接良好的條件,在此過程中芯模的變形起了主導(dǎo)作用,因此當(dāng)芯模材料模量線性變化,引起的藥柱應(yīng)變結(jié)果也呈現(xiàn)近似線性關(guān)系。

從圖13還可以看出,當(dāng)芯模材料的彈性模量在130～650 MPa范圍時(shí)可以有效降低藥柱的最大等效應(yīng)變。因此,選擇合適的芯模材料可以進(jìn)一步降低藥柱的最大等效應(yīng)變,在含芯模環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,可以通過藥柱結(jié)構(gòu)完整性分析對芯模材料參數(shù)進(jìn)行初步篩選。

綜上所述,增加可燃芯模組件后,無論是溫度載荷還是內(nèi)壓載荷,藥柱內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變水平均有明顯的降低,藥柱的累積安全系數(shù)得到較大的提升。增加可燃芯模結(jié)構(gòu)是一種有效緩解藥柱內(nèi)部應(yīng)變水平的手段。同時(shí),芯模材料的彈性模量會(huì)對藥柱的等效應(yīng)變產(chǎn)生較大影響,采用適當(dāng)?shù)男灸２牧夏軌蜻M(jìn)一步降低藥柱的等效應(yīng)變水平。

4 結(jié)論

(1)含芯模結(jié)構(gòu)的環(huán)形槽藥柱與不含芯模結(jié)構(gòu)相比,藥柱內(nèi)部的應(yīng)力水平有所降低,有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的藥柱結(jié)構(gòu)完整性。

(2)無論在溫度載荷作用下,還是在內(nèi)壓載荷作用下,芯模的存在均會(huì)使藥柱內(nèi)部的最大等效應(yīng)變和最大Mises應(yīng)力呈現(xiàn)下降趨勢。

(3)芯模結(jié)構(gòu)的材料屬性對藥柱結(jié)構(gòu)完整性有很大影響,隨著芯模彈性模量的增大,藥柱內(nèi)部的最大等效應(yīng)變呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,這對后續(xù)含芯模環(huán)形槽藥柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和芯模材料的選取具有一定的指導(dǎo)意義。