Pruebas de propiedades mecánicas y modelado numérico y simulaciones de una cubierta de boquilla de poliestireno...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería mecánica
• Ingeniería Aeroespacial

Sus antecedentes:

• Las cubiertas de boquillas metálicas tradicionales en motores de cohetes sólidos se enfrentan a limitaciones.
• El poliestireno expandible (EPS) ofrece propiedades mecánicas superiores, diseño ligero y resistencia a la ablación.
• Las cubiertas de boquillas de EPS requieren un diseño de ingeniería sistemático y una optimización del rendimiento para aplicaciones de motores de cohetes sólidos.

Objetivo del estudio:

• Establecer una base teórica para el diseño de ingeniería y la optimización del rendimiento de las cubiertas de boquillas de EPS.
• Para investigar la capacidad de resistencia a la presión de las cubiertas de boquilla de EPS con diferentes espesores bajo carga lineal.
• Validar los diseños de las cubiertas de boquillas de EPS en función de las condiciones prácticas.

Principales métodos:

• Se realizaron pruebas de tracción, compresión y corte casi estáticas en los materiales de EPS para obtener curvas de tensión-deformación, módulo elástico y resistencia al rendimiento.
• Se ajustó y modificó un modelo constitutivo para el material EPS basado en datos experimentales.
• El análisis de elementos finitos utilizando ABAQUS, con una subrutina VUMAT para las propiedades del material, se empleó para simular el comportamiento mecánico.

Principales resultados:

• Los diseños de cubiertas de boquillas de EPS basados en dos esquemas de asignación de modelos de materiales demostraron una mejor alineación con las condiciones prácticas.
• La aplicabilidad de la teoría del corte de placas circulares de paredes delgadas está limitada para las cubiertas de boquillas de EPS de más de 3 mm de espesor.
• Las cubiertas de boquilla de EPS exhiben una capacidad de soporte de presión significativa, correlacionada positivamente con el grosor del extremo, que alcanza 7,58 MPa con un grosor de 9 mm bajo presión interna.

Conclusiones:

• Las cubiertas de boquilla de EPS proporcionan una excelente capacidad de soporte de presión y rendimiento, adecuadas para aplicaciones de motores de cohetes sólidos.
• La optimización del diseño debe tener en cuenta la correlación positiva entre el grosor del extremo y la capacidad de soporte de presión.
• La resistencia a la presión interna de las cubiertas de boquilla de EPS es sustancialmente mayor que la resistencia a la presión externa, especialmente con un mayor espesor.