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