固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证.pdf
《固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第 期 固 体 火 箭 技 术 固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证黄 岳,王林娟,王小英(北京航空航天大学 宇航学院,北京;湖北航天化学技术研究所,襄阳)摘要:为了研究固体推进剂在拉剪复合加载下的力学性能,设计了基于单轴拉伸试验机的拉剪复合加载夹具和试件。此夹具基于 夹具进行改进,采用模块化设计,可兼容不同拉伸试验机,适用于多种加载角度加载;拉剪试件无需开孔,可直接夹持。根据所设计的夹具和试件,开展了单轴拉伸、纯剪切和拉剪试验研究,并将试验结果与有限元仿真结果进行了对比。研究表明,在不同加载条件下试件的极限载荷存在明显的差别,单轴拉伸试件的极限载荷最大,拉剪试件的极限载荷次之,纯剪
2、切试件的极限载荷最小;试件的起裂方向也存在不同,单轴拉伸试件的起裂方向与试件轴线方向垂直,纯剪切试件和拉剪试件的起裂方向分别与试件轴线方向成 和。所设计的夹具能有效完成不同加载角下的拉剪试验,试验结果与仿真分析结果吻合良好。关键词:固体推进剂;复合加载;拉剪试验;夹具中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(,;,):,:;引言随着火箭及新型战略导弹的发展,各国对高性能固体推进剂的需求日益迫切,对固体推进剂的力学性能提出了更高要求。固体推进剂的力学性能是固体火箭发动机药柱结构完整性分析的重要参数,与其应力状态具有很强的相关性。固体推进剂在服役过程中受到的载荷状态复杂,为精确表征其力学性能,需
3、要开展多种加载状态下的力学试验研究。收稿日期:;修回日期:。作者简介:黄岳,男,硕士生,研究方向为固体推进剂力学性能。通讯作者:王林娟,女,副教授,研究方向为非均质材料力学性能。拉剪复合加载试验主要包括基于单轴拉伸试验机的拉剪复合加载试验和基于双轴拉伸试验机的拉剪复合加载试验两类。前者将单轴试验机作为驱动装置,结合配套夹具及试件,可将单轴载荷可分解为垂直于试件横截面的拉伸荷载以及平行于横截面的剪切荷载,实现对试件的拉剪复合加载。单轴拉伸试验机较为普遍,且相关夹具成本较低。因此,基于单轴拉伸试验机的复合加载试验,尤其是相关试验夹具的设计,一直以来受到广泛关注。世纪 年代,最早设计了用于拉剪复合加
4、载的 夹具,被科研工作者广泛应用。此方法改变了试件轴线与拉伸载荷方向所形成的角度,进而形成各类平面应力状态,为探究各类材料力学性能提供了一种实用简便的方法。等通过对 夹具进行改良,探究了复杂载荷下碳纤维复合材的分层断裂现象。等基于改良的 夹具研究了碳纤维增强编织复合材料的层间断裂问题。等基于 夹具探究了多层木纤维板材的混合断裂行为。曹倩妮等采用改进的 夹具对复合加载情况下含缺口复合材料层合板的破坏进行了研究。现有的 夹具还存在一些不足:()加载角度固定,不方便任意调整拉伸和剪切载荷比;()需要在试件上开孔来加持试件,在试件孔周围将导致应力集中,对试验结果造成影响。此外,现有 夹具大多针对金属材
5、料或纤维增强复合材料进行设计,而固体推进剂通常采用模具成型方法制备,具有粘弹性且模量低的特点,与以上材料的力学性能存在较大差异,相关夹具难以直接用于固体推进剂力学性能测试。本文针对固体推进剂模量低的特点,提出了一套基于单轴拉伸试验机的 夹具和试件设计方法,并选用与固体推进剂力学性能相近的橡胶材料作为替代材料,按照试件设计尺寸制作成替代试件,开展了替代试件的拉剪复合加载试验,用于验证本文的夹具及试件设计方法用于固体推进剂力学性能测试的适用性。试验结果与有限元分析结果吻合良好,可为多种加载状态下的固体推进剂力学性能测试提供参考。夹具及试件设计 夹具设计为了克服现有 夹具存在的加载角度固定和需要开孔
6、夹持试件的缺点,本课题组设计了一款新的改良型 夹具。拉剪夹具的结构如图 所示,由加载盘单元(衬块、衬块、衬块、加载盘)、滑槽拓展件、接口单元(固定轴、机械接口件)和夹持单元(滑轨轴、压块)组成,所有部件材料均为合金钢。加载盘 形状为 圆盘,上面开设螺纹孔与通孔。每 片加载盘通过螺栓与 个衬块连接形成加载盘单元。个衬块分别为 个衬块、个衬块 和 个衬块。衬块形状均为开设螺纹孔的方块型结构。衬块 和第二衬块 有 条并列螺纹孔,衬块 有 条螺纹孔,个衬块在 片加载盘之间均匀分布。()()图 拉剪夹具示意图 ;夹具中央设有夹持单元编号(,)用于固定试件,试件无需开孔。如图 所示,每个夹持模块包括 个压
7、块,条滑轨轴 和 个顶紧螺栓(每侧 个,在滑轨轴内侧)。压块 为扁方型结构,两侧边缘分别开设 条通孔,滑轨轴 通过通孔限制压块 在限定范围内移 年 月固体火箭技术第 卷动。压块中部开设 个沉头槽口,用于对准顶紧螺栓,通过调整顶紧螺栓夹紧试件。为提高对粘弹性试件夹持效果,压块 夹持面开设细槽口防止加载时试件滑动。滑槽拓展件 形状为扇形,内侧开有通孔,外侧开设圆槽口,滑槽拓展件 加设在加载盘 外围。机械接口件 通过固定轴 与滑槽拓展件连接;机械接口件 形状一侧为方形、一侧为半圆柱,半圆柱包含一个通孔,通过固定轴 固定在夹具上。接口单元可自适应加载角度,接口尺寸规格可根据试验机夹头尺寸进行设计。加载
8、盘可以在任意预设角度(、)上加载。当角度为非预设角度时,可将滑槽拓展件 固定在加载盘相邻预设角度之间,通过槽口施加任意加载角度,进而使试样夹持单元实现所有的拉剪复合应力状态,以及拉伸和剪切的应力状态。图 夹持模块结构示意图 ;拉剪复合加载测试装置原理示意图如图 所示,为外加载荷,为载荷 和水平方向的夹角。夹具将外载荷转换为力偶作用在试验件上,通过设置不同加载角度,可使正应力和剪应力组成各类复杂应力状态。正应力和剪应力可通过式()和式()计算:()()当 时,该加载装置可在试验件的中部产生纯剪切应力;而当 时,试验件处于单向应力状态。试件设计结合本文拉剪夹具尺寸,本文在 形试件基础上,在其钝角处
9、添加倒圆角结构,以减小应力集中现象。试件尺寸如图 所示。拉剪试验及仿真 试验方案为验证拉剪夹具的有效性,本文选用与固体推进剂力学性能相近的橡胶材料作为替代材料,结合拉剪试件尺寸设计了专用刀模,通过冲床冲压切割预制橡胶板材,得到了拉剪试件。结合试件的力学性能,本文选用了型号为 的拉伸试验机,试验机量程为。夹具、试件及配套试验机如图 所示。图 拉剪夹具试验原理示意图 R1图 拉剪试件 图 拉伸试验机和拉剪夹具 具体试验方法:首先,将夹具的两块分别安装在试验机上下接头上;然后,通过试验机位移控制保证试件居中夹持;最后,通过微调紧固螺栓微调对中性;以上 年 月黄岳,等:固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及
10、试验验证第 期检查无误后,开始试验。按照上述试验方案,共进行了 组试验来验证拉剪夹具设计及拉剪复合加载试验方案的有效性。包括单轴拉伸试验()、纯剪切试验()和拉剪复合加载试验(),每组试验重复 次。有限元仿真模型基于 有限元分析软件,开展了相应试验的载荷位移曲线线性段的有限元仿真分析及断口仿真分析。在载荷位移曲线线性段的有限元仿真分析中采用线弹性模型,用于验证夹具复合加载比例的准确性。在载荷位移曲线的非线性段,试样发生损伤,此时线弹性有限元仿真不再适用,需开展考虑考虑损伤的有限元仿真研究。本文聚焦夹具的开发及设计,关于损伤模型的研究不属于本文的研究范畴,线弹性有限元仿真足以验证本文夹具加载比例
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 固体 推进 剂拉剪 复合 加载 夹具 设计 试验 验证
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。