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第1章 绪论1

1.1 复合固体推进剂损伤研究背景及现状1

1.1.1 复合固体推进剂损伤理论研究2

1.1.2 复合固体推进剂损伤表征试验研究3

1.1.3 复合固体推进剂损伤数值模拟研究9

1.2 复合固体推进剂损伤的研究层次11

1.2.1 宏观尺度的研究层次12

1.2.2 细观尺度的研究层次12

1.2.3 微观尺度的研究层次13

1.2.4 本书的研究层次13

1.3 本书的研究方法14

1.3.1 研究对象和研究方法的确定15

1.3.2 试验方法17

1.3.3 仿真方法19

1.3.4 理论分析方法19

1.4 本书的研究思路和结构安排21

第2章 复合固体推进剂宏观拉伸试验及分析24

2.1 复合固体推进剂的简化配方设计方案及试件制备24

2.1.1 配方设计目标24

2.1.2 推进剂试件制备和试验准备27

2.1.3 基体胶片制备和试验准备28

2.2 准静态拉伸下复合固体推进剂拉伸试验结果及分析29

2.2.1 键合剂含量对基体胶片力学性能的影响30

2.2.2 键合剂含量对复合固体推进剂力学性能的影响31

2.2.3 AP体积分数对推进剂力学性能的影响33

2.2.4 AP粒径配比对推进剂力学性能的影响35

2.3 动态拉伸速率下复合固体推进剂拉伸试验结果及分析37

2.3.1 不同拉伸速率下键合剂含量对基体胶片性能影响分析37

2.3.2 不同拉伸速率下键合剂含量对推进剂性能影响分析41

2.3.3 不同拉伸速率下AP体积分数对推进剂性能影响分析45

2.3.4 不同拉伸速率下AP级配对推进剂性能影响分析49

2.4 拉伸断口的静态扫描电镜观察53

2.5 小结54

第3章 基于细观试验的复合固体推进剂结构定量表征57

3.1 复合固体推进剂损伤演化的原位动态拉伸扫描电镜试验58

3.1.1 试样的制作和准备58

3.1.2 动态拉伸结果和分析61

3.2 基于联合接触角试验的界面粘附功测定64

3.2.1 界面粘附功计算方法65

3.2.2 颗粒和基体的接触角测试67

3.2.3 测试结果及数据处理70

3.3 基于SEM图像处理的AP颗粒结构参数统计72

3.3.1 AP颗粒的静态扫描电镜试验及结构参数的选取73

3.3.2 AP颗粒分割算法75

3.3.3 分析统计软件系统设计与实现91

3.3.4 结果统计分析100

3.4 基于微CT的推进剂内部空穴率测量及分析101

3.4.1 微CT仪器及成像基本原理102

3.4.2 推进剂微CT扫描试验107

3.4.3 结果分析及空穴率测定114

3.5 小结116

第4章 复合固体推进剂细观结构特征胞元的自动化建立118

4.1 基于显式表征方法的复合固体推进剂细观模型重构119

4.1.1 基于MD的胞元生成算法119

4.1.2 圆形颗粒模型124

4.1.3 椭圆形颗粒模型128

4.1.4 重构算例134

4.2 复合固体推进剂细观结构统计特征分析136

4.2.1 概率函数137

4.2.2 概率函数的Monte-Carlo模拟142

4.2.3 各态历经性、统计均匀性和各向同性验证145

4.2.4 概率函数统计结果分析147

4.3 基于PGA的复合固体推进剂细观模型优化152

4.3.1 细观结构模型优化基本方法153

4.3.2 混合遗传算法设计与应用157

4.3.3 质量弹簧系统163

4.3.4 优化算法的GPU并行设计166

4.3.5 模型有效性验证178

4.4 小结186

第5章 细观结构特征胞元计算网格的自动生成187

5.1 理论及技术基础187

5.1.1 网格分类及算法比较187

5.1.2 自适应网格生成技术195

5.1.3 曲线／曲面的隐式表示方法200

5.2 二维网格生成算法202

5.2.1 Delaunay网格的局限性202

5.2.2 基于MC和可变概率函数的初始节点分布204

5.2.3 基于“力平衡”的网格光顺化算法207

5.2.4 复合材料三角形网格的自适应生成211

5.3 网格划分系统软件及算例分析221

5.3.1 网格自动生成算法实现221

5.3.2 算法有效性分析229

5.3.3 网格自动生成系统界面设计与实现235

5.4 小结237

第6章 界面脱粘非线性有限元分析系统238

6.1 非线性有限元分析238

6.1.1 近似不可压特性的处理方法239

6.1.2 界面脱粘现象的分析251

6.1.3 几何非线性处理方法258

6.2 基于压缩存储模式的面向对象有限元系统结构设计262

6.2.1 面向对象系统结构263

6.2.2 基于压缩存储方式的线性方程组求解272

6.3 基于能量的界面模型参数的确定282

6.4 界面脱粘双尺度非线性有限元分析284

6.4.1 细观到宏观的双尺度算法284

6.4.2 边界条件的施加286

6.4.3 仿真模型的统计分析及验证286

6.5 大粒径差的复合固体推进剂多步有限元分析方法289

6.6 小结292

第7章 基于空穴增长本构理论的复合固体推进剂损伤分析294

7.1 复合固体推进剂空穴统计增长本构模型295

7.1.1 粘弹性本构模型假设295

7.1.2 弹性分量的均质化过程298

7.1.3 粘性本构方程301

7.1.4 ABAQUS中UMAT计算过程304

7.2 对初始模量的影响因素分析306

7.2.1 基体模量对推进剂初始模量的影响分析306

7.2.2 体积分数对推进剂初始模量的影响分析308

7.2.3 基体空穴率对推进剂初始模量的影响分析308

7.3 拉伸速率对微结构演化的影响分析309

7.3.1 粘性参数取值分析309

7.3.2 拉伸速率对微结构演化影响分析312

7.4 小结314

第8章 复合固体推进剂细观结构对宏观力学性能影响分析317

8.1 MAPO对复合固体推进剂宏观性能影响分析317

8.1.1 综合对比分析317

8.1.2 基体模量对复合固体推进剂性能影响分析320

8.1.3 颗粒／基体界面性能对复合固体推进剂性能影响分析321

8.2 体积分数影响分析324

8.3 形状因素影响分析328

8.4 颗粒级配影响分析330

8.5 空穴率影响分析334

8.6 小结335

第9章 基于分形学的复合固体推进剂损伤演化分析337

9.1 基于分形分析的主体思路338

9.2 基于动态连续SEM图像的两种分形维数提取339

9.2.1 复合固体推进剂动态扫描图像的预处理339

9.2.2 基于二值图像的计盒维数提取341

9.2.3 基于灰度图像的差分盒维数提取349

9.3 复合固体推进剂SEM图像中微裂纹面积和应变参数的提取353

9.3.1 复合固体推进剂微裂纹面积比参数的提取353

9.3.2 复合固体推进剂应变参数的提取356

9.4 复合固体推进剂细观损伤特性分析及软件系统构建361

9.4.1 两种分形维数和微裂纹面积／应变参数的关系曲线361

9.4.2 系统设计及实现363

9.4.3 特征分析365

9.5 小结366

第10章 复合固体推进剂宏细观损伤演化机理综合分析368

10.1 复合固体推进剂损伤演化分析368

10.1.1 基于空穴统计增长本构模型研究空穴率随应变的演化过程368

10.1.2 基于数值仿真平台研究初始空穴率对宏观性能的影响规律370

10.2 细观损伤变量的确定371

10.2.1 复合固体推进剂宏细观损伤变量的定义371

10.2.2 复合固体推进剂损伤演化过程分析373

10.3 损伤演化机制及演化模型375

10.4 小结377

参考文献379