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第1章 绪论1

1.1 固体火箭发动机及其使用1

1.1.1 固体火箭发动机1

1.1.2 固体推进剂2

1.1.3 固体火箭发动机使用过程3

1.2 固体火箭发动机安全性研究背景5

1.2.1 概述5

1.2.2 固体火箭发动机安全性事故7

1.2.3 安全性要求8

1.2.4 安全性研究目的和任务12

1.3 固体火箭发动机安全性研究概况14

1.3.1 概述14

1.3.2 热安全性研究16

1.3.3 机械撞击安全性研究17

第2章 复合固体推进剂细观结构与性能25

2.1 复合固体推进剂基本配方及细观结构25

2.2 复合固体推进剂热分解模型29

2.2.1 高氯酸铵热特性29

2.2.2 HMX热特性30

2.2.3 推进剂热分解特性31

2.3 氧化剂熔化特性及粘性系数计算37

2.4 复合固体推进剂摩擦系数计算39

第3章 复合固体推进剂撞击损伤分析44

3.1 撞击载荷作用下复合固体推进剂损伤模式44

3.2 复合固体推进剂损伤表征47

3.2.1 概述47

3.2.2 裂纹损伤细观表征48

3.2.3 损伤变量及损伤测量49

3.3 裂纹扩展和氧化剂破碎51

3.3.1 裂纹形状及裂纹扩展方式51

3.3.2 氧化剂破碎53

3.4 裂纹面滑移速度及摩擦功率55

3.5 裂纹扩展准则和扩展速度58

第4章 裂纹摩擦热点模型及计算分析62

4.1 引言62

4.2 推进剂裂纹摩擦引燃机理62

4.3 固相气相两阶段反应热点模型63

4.3.1 裂纹摩擦热点物理模型63

4.3.2 裂纹摩擦热点模型控制方程65

4.3.3 固相气相两阶段反应热点模型控制方程求解75

4.3.4 推进剂裂纹摩擦热点计算与分析79

4.4 统计裂纹力学热点模型89

4.4.1 考虑裂纹损伤的应力应变关系90

4.4.2 裂纹摩擦热点96

4.4.3 裂纹内部反应物点燃与燃烧98

4.5 粘弹性统计裂纹力学热点模型101

4.5.1 考虑裂纹损伤粘弹性应力应变关系102

4.5.2 热点模型106

第5章 撞击条件下复合固体推进剂粘性加热及计算分析107

5.1 现象及其分析107

5.2 复合固体推进剂热粘弹性模型109

5.3 复合固体推进剂粘性加热率112

5.4 基体与含能颗粒热传导细观模型及控制方程114

5.4.1 基体与含能颗粒热传导细观模型114

5.4.2 基体与含能颗粒热传导控制方程116

5.5 复合固体推进剂撞击变形粘性加热计算分析119

第6章 固体火箭发动机撞击变形及热点形成分析基本理论与方法131

6.1 连续介质力学与动力有限元法131

6.1.1 张量及其运算符号定义131

6.1.2 坐标系、物体变形和变形率张量133

6.1.3 动力有限元基本方程136

6.1.4 增量型热粘弹本构关系和壳体材料本构关系139

6.2 推进剂细观裂纹描述与弥散裂纹离散142

6.2.1 大位移情况下裂纹描述142

6.2.2 弥散裂纹离散145

6.3 裂纹面受力分析及弥散裂纹对推进剂宏观力学性能影响147

6.3.1 坐标变换及裂纹面受力分析147

6.3.2 弥散裂纹对推进剂宏观力学性能影响149

6.4 氧化剂颗粒粒径离散154

6.5 复合固体推进剂基体粘性加热情况下裂纹摩擦热点模型156

第7章 撞击试验计算与分析159

7.1 引言159

7.2 小型发动机火箭橇撞击试验计算分析159

7.2.1 撞击试验情况及相关计算参数159

7.2.2 计算结果与分析161

7.3 发动机临界撞击速度参数分析167

7.3.1 推进剂体积模量影响167

7.3.2 推进剂断裂表面能影响168

7.3.3 推进剂摩擦系数影响169

7.3.4 推进剂热分解参数影响171

7.3.5 推进剂时温转换活化能影响172

7.4 飞板撞击试验173

7.5 Steven撞击试验177

7.5.1 撞击试验方案及含能材料相关计算参数177

7.5.2 计算结果与分析180

第8章 固体火箭发动机热安全性分析187

8.1 概述187

8.2 基本方程189

8.3 稳态条件下发动机临界温度计算192

8.3.1 无内孔无限长圆柱药柱192

8.3.2 均温假设条件下临界温度195

8.3.3 等效密度法196

8.4 数值计算方法199

8.4.1 有限差分法199

8.4.2 有限元法204

8.4.3 简化方法207

8.5 热载荷作用下发动机热响应分析模型209

参考文献212