摘 要：復(fù)合固體推進(jìn)劑顆粒和基體之間的界面“脫濕”是推進(jìn)劑在加載過(guò)程中一種重要的損傷形式，“脫濕”點(diǎn)的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均與載荷相關(guān)。本文通過(guò)某推進(jìn)劑在低溫、不同圍壓和應(yīng)變率下加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線特征，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)表現(xiàn)出明顯的率相關(guān)和圍壓相關(guān)性，圍壓載荷會(huì)抑制推進(jìn)劑的“脫濕”，尤其是對(duì)于高應(yīng)變率下具有“脫濕”點(diǎn)峰值的應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響最大。針對(duì)推進(jìn)劑“脫濕”點(diǎn)的率相關(guān)特征，借助分子動(dòng)力學(xué)思想創(chuàng)建復(fù)合推進(jìn)劑的細(xì)觀顆粒夾雜幾何模型，建立推進(jìn)劑有限元計(jì)算細(xì)觀模型對(duì)推進(jìn)劑界面在不同應(yīng)變率下的“脫濕”損傷進(jìn)行了仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果揭示了推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下加載時(shí)的“脫濕”損傷機(jī)理，通過(guò)應(yīng)變率對(duì)“脫濕”點(diǎn)的影響規(guī)律闡釋了推進(jìn)劑在低溫、高應(yīng)變率下伸長(zhǎng)率驟降的主要原因，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑的破壞取決于損傷界面數(shù)量和界面損傷程度在損傷演化過(guò)程中的交互作用，是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：復(fù)合固體推進(jìn)劑； “脫濕”點(diǎn)； 應(yīng)變率； 細(xì)觀模型； 數(shù)值計(jì)算

中圖分類號(hào)： TJ760; V43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

文章編號(hào)：1673-5048（2023）05-0086-06

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0073

0 引" 言

復(fù)合固體推進(jìn)劑是一種由氧化劑、金屬燃燒劑和黏合劑等多種組分以一定的配比混合而成的固體推進(jìn)劑。其中，黏合劑充當(dāng)基體即連續(xù)相，其力學(xué)響應(yīng)依賴于時(shí)間、溫度和加載歷史等多種因素。氧化劑和其他固體填料為分散相，用來(lái)提高推進(jìn)劑的剛度和強(qiáng)度，因此復(fù)合推進(jìn)劑是一種結(jié)構(gòu)不均勻的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。推進(jìn)劑的分散相表面通過(guò)吸附作用與連續(xù)相在生產(chǎn)過(guò)程中混合潤(rùn)濕，而這種依靠吸附形成的黏合力并不牢靠，在受載過(guò)程中界面之間極易產(chǎn)生分離，這種現(xiàn)象被稱為“脫濕”?！懊摑瘛睍?huì)大大削弱固體填料對(duì)于基體的強(qiáng)化作用，進(jìn)而導(dǎo)致推進(jìn)劑體積膨脹，其拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線也表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性。在固體發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火增壓的過(guò)程中，極易由于“脫濕”造成藥柱承載能力下降，藥柱出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致燃面大幅增加，使燃燒室壓力急升而引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸。

“脫濕”損傷問(wèn)題的深入研究需要借助細(xì)觀試驗(yàn)和細(xì)觀力學(xué)方法，研究推進(jìn)劑內(nèi)部各細(xì)觀組分的力學(xué)特性和受載過(guò)程中的相互作用，掃描電鏡［1-3］和微CT掃描［4-5］是目前較為常用的細(xì)觀試驗(yàn)手段。此外，掃描電鏡還可以結(jié)合光學(xué)顯微鏡［6］和CT無(wú)損檢測(cè)［7］，分析推進(jìn)劑內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展和損傷情況。細(xì)觀試驗(yàn)方法雖然簡(jiǎn)單直觀，但是需要借助專業(yè)的試驗(yàn)儀器和設(shè)備，推進(jìn)劑從細(xì)觀尺度來(lái)看是一種典型的顆粒夾雜結(jié)構(gòu)，通過(guò)細(xì)觀力學(xué)仿真方法，建立推進(jìn)劑的細(xì)觀模型，針對(duì)不同的工況進(jìn)行推進(jìn)劑細(xì)觀損傷仿真也是一種行之有效的方法。顆粒夾雜模型建模過(guò)程中通常采用的顆粒填充算法有順序算法［8-10］和并發(fā)算法［11-13］兩種，分子動(dòng)力學(xué)法和蒙特卡洛法又是應(yīng)用較廣的兩種并發(fā)算法且分子動(dòng)力學(xué)法在計(jì)算效率上有一定優(yōu)勢(shì)，由于并發(fā)算法以隨機(jī)方式填充顆粒，因此更適用于推進(jìn)劑的細(xì)觀建模。

內(nèi)聚力模型常用來(lái)定義推進(jìn)劑內(nèi)部各組分之間的界面失效，內(nèi)聚力模型采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述裂紋從出現(xiàn)到擴(kuò)展的整個(gè)過(guò)程，其數(shù)學(xué)模型是連續(xù)的且沒(méi)有奇異性的。雙線性內(nèi)聚力模型［14］結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，是目前研究人員應(yīng)用最多的內(nèi)聚力模型。隨后不少學(xué)者基于雙線性模型引申出更為復(fù)雜的內(nèi)聚力模型，如Hou等引入了分段函數(shù)式內(nèi)聚力模型，用來(lái)計(jì)算雙基推進(jìn)劑 ［15］和復(fù)合推進(jìn)劑［16］的裂紋擴(kuò)展和界面“脫濕”損傷問(wèn)題。

本研究以某高固體含量復(fù)合推進(jìn)劑為對(duì)象，通過(guò)推進(jìn)劑在低溫下以不同圍壓和應(yīng)變率加載時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)特征，找到“脫濕”點(diǎn)的率相關(guān)變化特征。借助分子動(dòng)力學(xué)思想建立推進(jìn)劑細(xì)觀顆粒夾雜模型，并通過(guò)有限元軟件二次開(kāi)發(fā)生成推進(jìn)劑細(xì)觀有限元計(jì)算模型，在顆粒和基體界面上引入內(nèi)聚力模型，最終形成推進(jìn)劑的細(xì)觀有限元損傷計(jì)算模型，基于該模型對(duì)推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下的損傷過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，分析了推進(jìn)劑的率相關(guān)“脫濕”損傷特征，探究了推進(jìn)劑“脫濕”點(diǎn)與應(yīng)變率的關(guān)系，揭示了推進(jìn)劑的率相關(guān)“脫濕”損傷機(jī)理，闡釋了推進(jìn)劑在低溫、高應(yīng)變率下伸長(zhǎng)率下降的主要原因。

1 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

1.1 試驗(yàn)方案

復(fù)合推進(jìn)劑由于基體的粘彈特性，具有很強(qiáng)的率相關(guān)性、溫度相關(guān)性和壓力相關(guān)性。在拉伸試驗(yàn)中應(yīng)變率、溫度和環(huán)境壓力是影響拉伸曲線形狀特征最重要的3個(gè)個(gè)因素。常常將低溫點(diǎn)火（低溫+高應(yīng)變率+圍壓）作為戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)考核的重要試驗(yàn)之一。

針對(duì)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的低溫點(diǎn)火極端考核工況，本研究選擇在-55 ℃下開(kāi)展推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率和圍壓下的單軸定速拉伸試驗(yàn)。選取5個(gè)拉伸速率100 mm/min、500 mm/min、1 000 mm/min、2 100 mm/min、4 200 mm/min進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)啞鈴形試件（長(zhǎng)度120 mm，標(biāo)距70 mm），5個(gè)拉伸速率根據(jù)試件的標(biāo)距折算的應(yīng)變率分別為2.38 %/s、11.9 %/s、23.8 %/s、50 %/s和100 %/s，選取4個(gè)圍壓0.1 MPa（常壓）、3 MPa、6 MPa和10 MPa，開(kāi)展推進(jìn)劑在低溫、不同圍壓和應(yīng)變率下的力學(xué)性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)最大拉伸速率是6 000 mm/min，加載過(guò)程中溫度變化范圍從低溫-80 ℃到高溫+180 ℃，該試驗(yàn)還可加載圍壓，最大圍壓可達(dá)15 MPa，加載過(guò)程中兩個(gè)安裝在對(duì)稱夾頭上的試件同時(shí)拉伸得到兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性不好，再補(bǔ)充2～4個(gè)平行試樣，整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

在常壓、低溫-55 ℃和不同圍壓下，推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下單軸定速拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。在常壓下，如圖2（a）所示，隨著應(yīng)變率的增加，推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，尤其是當(dāng)應(yīng)變率為100 %/s時(shí)，推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率下降到10%以內(nèi)。從試驗(yàn)曲線看，當(dāng)應(yīng)變率超過(guò)50 %/s時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上在“脫濕”點(diǎn)附近出現(xiàn)峰值，推進(jìn)劑在“脫濕”點(diǎn)附近強(qiáng)度達(dá)到最大，因此應(yīng)力-應(yīng)變曲線上并未出現(xiàn)推進(jìn)劑在較低應(yīng)變率下拉伸時(shí)“脫濕”后的線性強(qiáng)化段，而是在經(jīng)過(guò)“脫濕”點(diǎn)峰值后很快破壞。當(dāng)圍壓增加到3 MPa后，如圖2（b）所示，當(dāng)應(yīng)變率超過(guò)50 %/s時(shí)，“脫濕”點(diǎn)峰值消失，說(shuō)明圍壓在一定程度上抑制了推進(jìn)劑的“脫濕”。從總體來(lái)看，隨著應(yīng)變率的增加，推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率仍呈下降趨勢(shì)。當(dāng)圍壓增加到6 MPa時(shí)，如圖2（c）所示，推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下的拉伸曲線均看不出明顯的“脫濕”點(diǎn)，在高應(yīng)變率下推進(jìn)劑的拉伸曲線變得更加平滑，由于圍壓抑制了推進(jìn)劑的“脫濕”，高應(yīng)變率下推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率顯著增加，且推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率并未隨應(yīng)變率的增加單調(diào)下降，應(yīng)變率23.8 %/s下推進(jìn)劑最大伸長(zhǎng)率出現(xiàn)極小值。隨著圍壓的繼續(xù)增大，當(dāng)圍壓達(dá)到10 MPa時(shí)，如圖2（d）所示，與6 MPa圍壓下推進(jìn)劑的拉伸曲線類似，推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下的拉伸曲線均沒(méi)有明顯“脫濕”點(diǎn)，且最大伸長(zhǎng)率的極小值出現(xiàn)在23.8%應(yīng)變率下，但是應(yīng)變率100 %/s下推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率超過(guò)了50 %/s下的最大伸長(zhǎng)率。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，圍壓會(huì)抑制推進(jìn)劑的“脫濕”，推進(jìn)劑在圍壓下進(jìn)行單軸拉伸時(shí)“脫濕”點(diǎn)不明顯［17］，尤其是對(duì)于高應(yīng)變率下具有“脫濕”點(diǎn)峰值的應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響最大，圍壓載荷的增加不僅會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)峰值消失，而且會(huì)使推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率顯著增加，且推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)表現(xiàn)出明顯的率相關(guān)性，本研究將針對(duì)推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)率相關(guān)性展開(kāi)。

1.3 “脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率

典型的復(fù)合推進(jìn)劑以較低拉伸速率，單軸拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖3（a）所示。曲線特征主要包括線彈性階段、“脫濕”損傷段、線性強(qiáng)化段和拉伸斷裂段等4個(gè)階段。用K1表示線彈性階段的斜率，用K2表示線性強(qiáng)化段的斜率，工業(yè)部門通常會(huì)將K2和K1的交點(diǎn)所形成的鈍角的角平分線與應(yīng)力-應(yīng)變曲線的交點(diǎn)C定義為“脫濕”點(diǎn)。對(duì)于“脫濕”點(diǎn)附近存在峰值的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖3（b）所示。由于在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上出現(xiàn)了除抗拉強(qiáng)度以外的應(yīng)力極值點(diǎn)，如果通過(guò)角平分線法來(lái)確定“脫濕”點(diǎn)，“脫濕”點(diǎn)的位置很可能并非出現(xiàn)在曲線上斜率變化最大的位置，如圖3（b）中的點(diǎn)C1所示。為了便于比較“脫濕”點(diǎn)位置的率相關(guān)性，針對(duì)出現(xiàn)明顯“脫濕”點(diǎn)峰值的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，將該曲線上出現(xiàn)的第一個(gè)極值點(diǎn)C定義為“脫濕”點(diǎn)，如圖3（b）所示。

采用如圖3所示的方法確定“脫濕”點(diǎn)的位置，通過(guò)該推進(jìn)劑在低溫、常壓下的率相關(guān)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（圖2（a））提取不同應(yīng)變率下推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上將“脫濕”點(diǎn)位置通過(guò)紅色圓點(diǎn)高亮標(biāo)注如圖4（a）所示，“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率變化趨勢(shì)如圖4（b）所示。整體來(lái)看，隨著應(yīng)變率的增大，“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率隨應(yīng)變率的增加呈先減小后增大的趨勢(shì)，在某個(gè)應(yīng)變率下推進(jìn)劑進(jìn)行單軸拉伸時(shí)最容易出現(xiàn)“脫濕”。

2 “脫濕”細(xì)觀模型和計(jì)算結(jié)果

推進(jìn)劑是一種典型的粘彈性材料，溫度和時(shí)間（應(yīng)變率）對(duì)推進(jìn)劑力學(xué)性質(zhì)的影響可以近似等效。因此，本文主要針對(duì)推進(jìn)劑“脫濕”點(diǎn)的率相關(guān)性展開(kāi)研究。首先，基于分子動(dòng)力學(xué)思想，獲取顆粒粒徑信息和代表性體積單元的尺寸數(shù)據(jù)等，并借助有限元軟件的二次開(kāi)發(fā)功能，創(chuàng)建顆粒和基體的原始模型； 其次， 自動(dòng)生成顆粒夾雜有限元計(jì)算幾何模型； 再次，通過(guò)顆粒和基體的材料參數(shù)定義、接觸對(duì)定義、損傷設(shè)置、載荷和邊界條件設(shè)置和網(wǎng)格模型創(chuàng)建等步驟，生成顆粒夾雜有限元計(jì)算模型； 最后，基于創(chuàng)建的有限元模型進(jìn)行有限元分析和結(jié)果后處理，分析推進(jìn)劑的損傷演化情況，闡釋“脫濕”點(diǎn)特征與應(yīng)變率的相關(guān)性。

2.1 模型建立過(guò)程

本研究所采用的推進(jìn)劑AP顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%，由于AP的平均粒徑遠(yuǎn)大于Al粒子，在建模過(guò)程中僅將AP粒子建立為顆粒模型，將Al粒子和其他組分如丁羥膠等均歸為基體材料。采用的推進(jìn)劑級(jí)配如圖5（a）所示，創(chuàng)建的有限元細(xì)觀損傷計(jì)算模型如圖5（b）所示，該代表性體積單元的邊長(zhǎng)為1.1 mm。

AP顆粒被認(rèn)為是完全彈性的，彈性模量取32 450 MPa，泊松比取0.143 3?？紤]基體的粘彈性，松弛模量采用Prony級(jí)數(shù)的形式表示：

E（t）=E0－∑ni=1Ei（1－e－tτi）

Prony級(jí)數(shù)的參數(shù)可由推進(jìn)劑基體的應(yīng)力松弛試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲得，如圖6所示。

擬合得到推進(jìn)劑的松弛模量數(shù)據(jù)如表1所示。 該基體的初始模量E0=6.629 4 MPa，泊松比μ=0.499 5。

本文采用雙線性內(nèi)聚力模型定義顆粒和基體界面的損傷，如圖7所示。表征損傷的3個(gè)參數(shù)分別為初始剛度K0、破壞距離δf和臨界應(yīng)力σ。通過(guò)參數(shù)反演得到的界面損傷參數(shù)如表2所示。

2.2 “脫濕”損傷計(jì)算結(jié)果及分析

為了比較不同應(yīng)變率下推進(jìn)劑的損傷演化過(guò)程，計(jì)算中所采用的應(yīng)變率分別為： 2.5 %/s、12 %/s、50 %/s和100 %/s。以應(yīng)變率為100 %/s的工況為例，推進(jìn)劑代表性體積單元拉伸過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖8所示，從“脫濕”點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Mises應(yīng)力云圖可以看出，在“脫濕”點(diǎn)附近，在一些大顆粒和基體的界面上已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的顆?！懊摑瘛?，然后觀察界面的接觸狀態(tài)，讀取接觸的界面上從面節(jié)點(diǎn)與主面的距離。設(shè)置一個(gè)大于0的容差可以觀察接觸界面的分離情況，本次提取的界面是從面節(jié)點(diǎn)與主面距離大于1 μm的顆粒與基體的接觸界面，由圖8可以看出，在“脫濕”點(diǎn)附近，大部分的顆粒都沿著拉伸方向出現(xiàn)了顆粒與界面的“脫濕”分離。

提取2.5 %/s、12 %/s、50 %/s和100 %/s等4個(gè)應(yīng)變率下單軸拉伸時(shí)“脫濕”點(diǎn)對(duì)應(yīng)的損傷界面進(jìn)行進(jìn)一步的對(duì)比研究。如圖9所示，在各應(yīng)變率下均提取從面節(jié)點(diǎn)與主面距離超過(guò)1 μm的界面。比較4個(gè)不同應(yīng)變率下單軸拉伸時(shí)的界面損傷情況，從界面損傷程度來(lái)看， 2.5 %/s應(yīng)變率下從面節(jié)點(diǎn)與主面分離位移更大，在同樣的應(yīng)變下“脫濕”損傷程度更高。從損傷區(qū)域的范圍來(lái)看，100 %/s應(yīng)變率下界面“脫濕”損傷區(qū)域的數(shù)量明顯大于在2.5 %/s應(yīng)變率下的損傷區(qū)域數(shù)量。由于計(jì)算過(guò)程中并未定義基體損傷，如果再考慮高應(yīng)變率下基體的損傷，在應(yīng)變率為100 %/s時(shí)推進(jìn)劑內(nèi)部損傷區(qū)域的數(shù)量將遠(yuǎn)大于2.5 %/s應(yīng)變率時(shí)損傷區(qū)域的數(shù)量。整體來(lái)看，隨著應(yīng)變率的增加，損傷界面的數(shù)量逐漸增加，但界面的損傷程度逐漸下降。高應(yīng)變率下應(yīng)力-應(yīng)變曲線上出現(xiàn)的“脫濕”點(diǎn)峰值與損傷界面數(shù)量急劇增加有關(guān)。

通過(guò)分析推進(jìn)劑在不同應(yīng)變率下拉伸時(shí)的損傷界面特征，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑的“脫濕”與損傷界面數(shù)量和界面損傷程度均相關(guān)。在低應(yīng)變率下推進(jìn)劑的顆?！懊摑瘛笔菑慕缑娈a(chǎn)生微孔洞開(kāi)始，在拉伸過(guò)程中損傷界面逐步擴(kuò)大，“脫濕”區(qū)域的數(shù)量并不多且“脫濕”以大顆粒周圍界面的局部損傷演化為主。以較高應(yīng)變率拉伸時(shí)，推進(jìn)劑內(nèi)部界面的損傷演化顯著加快，將會(huì)出現(xiàn)“脫濕”點(diǎn)逐漸提前的情況。隨著應(yīng)變率的繼續(xù)增大，界面的損傷區(qū)域逐漸放大，在更多的顆粒和基體界面上出現(xiàn)了損傷，因此也有更多的界面去分?jǐn)傒d荷，在一定程度上抑制了推進(jìn)劑局部的“脫濕”損傷演化，進(jìn)而又出現(xiàn)了“脫濕”點(diǎn)相對(duì)滯后的情況。因此，增大應(yīng)變率并不意味著一定會(huì)造成推進(jìn)劑“脫濕”點(diǎn)靠前，而是在拉伸過(guò)程中一直伴隨著損傷程度加劇和損傷界面數(shù)量增加的博弈，推進(jìn)劑的破壞取決于損傷界面數(shù)量和界面損傷程度在損傷演化過(guò)程中的交互作用，是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。此外，由于圍壓會(huì)抑制推進(jìn)劑的“脫濕”，對(duì)高應(yīng)變率下推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率影響也最大，在常壓、高應(yīng)變率下出現(xiàn)的“脫濕”點(diǎn)峰值隨著圍壓的增加逐漸消失，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上沒(méi)有明顯的“脫濕”點(diǎn)，且“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率最小的推進(jìn)劑在較高圍壓下最大伸長(zhǎng)率也最低。

3 結(jié)" 論

（1） 推進(jìn)劑以較為寬泛的應(yīng)變率進(jìn)行單軸拉伸時(shí)存在某個(gè)應(yīng)變率下推進(jìn)劑的“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率最小，且在一定圍壓載荷下，“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率最小的推進(jìn)劑，其最大伸長(zhǎng)率也最小。

（2） 圍壓對(duì)高應(yīng)變率下推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率影響最大，在常壓、高應(yīng)變率下出現(xiàn)的“脫濕”點(diǎn)峰值隨著圍壓的增加逐漸消失，且隨著圍壓載荷的增加，推進(jìn)劑的最大伸長(zhǎng)率顯著增加，在較高圍壓下，“脫濕”點(diǎn)伸長(zhǎng)率較大的推進(jìn)劑，其可以達(dá)到的最大伸長(zhǎng)率也較大。

（3） 推進(jìn)劑在拉伸過(guò)程中一直伴隨著損傷程度加劇和損傷界面數(shù)量增加的博弈，推進(jìn)劑的破壞取決于損傷界面數(shù)量和界面損傷程度在損傷演化過(guò)程中的交互作用，是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程。

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Study on Rate-Dependent Characteristics of “Dewetting”

Point of Composite Solid Propellant

Shen Xin1，Zhang Liang2*， Dong Meng1， Chen Jing3

（1. The First Military Representative Office of Air Force Equipment Department in Luoyang， Luoyang 471009， China;

2. Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， China; 3. Unit 93160 of PLA， Beijing 100076， China）

Abstract： “Dewetting” can happen between solid particles and matrix of solid propellant during loading process. The strength and elongation at “dewetting” point are directly related to loads. The study based on the stress-strain response curve characteristics of a propellant under low temperature， different superimposed pressures and strain rates， the “dewetting” point of the propellant has shown obvious rate and superimposed pressure correlation， and the superimposed pressure load would inhibit “dewetting”， especially can influence the stress-strain curve with peak value of “dewetting” point at high strain rate. In order to obtain the rate-related characteristics of the “dewetting” point of the propellant， the mesoscale geometric particle inclusion model of the composite propellant is obtained based on the idea of molecular dynamics method， the mesoscale finite element model is created to calculate the “dewetting” damage of solid propellant under different strain rates. Finally， the damage mechanism of propellant “dewetting” under different strain rates is revealed， and the main reason of abruptly decrease of elongation of propellant at low temperature and high strain rate is explained by the influence rule of strain rate on “dewetting” point. It is found that the propellant failure depends on the interaction of the number of damage interfaces and the degree of interface damage in the process of damage evolution， which is a dynamic process.

Key words： composite solid propellant； “dewetting” point； strain rate； mesoscale model； numerical simulation