膨張ポリステリンのノズルカバーの機械特性試験と数値モデリングおよびシミュレーション
Jianyong Jiang1, Zhixuan Zhang1, Jian Zheng1
1Key Laboratory of Special Engine Technology, Ministry of Education, School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|August 28, 2025
まとめ
膨張可能なポリシュタイン (EPS) のノズルカバーは,軽量で,金属の代替品です. この研究は,EPSのノズルカバーの設計を最適化し,厚さによって増加する優れた圧力耐久性を示しています.
科学分野:
- 材料科学
- 機械工学
- 航空宇宙工学
背景:
- 固体ロケットエンジンの伝統的な金属ノズルカバーは限界に直面しています.
- 拡張性ポリステロール (EPS) は,優れた機械的特性,軽量な設計,および剥離抵抗性を持っています.
- EPSのノズルカバーは,固体ロケットモーターのアプリケーションのために,体系的なエンジニアリング設計とパフォーマンスの最適化を必要とします.
研究 の 目的:
- EPSノズルカバーの設計と性能の最適化のための理論的基礎を確立する.
- 線形負荷下での異なる厚さのEPSノズルカバーの耐圧性を調査する.
- EPSのノズルカバーの設計を実用的な条件で検証する.
主な方法:
- 準静的拉力,圧縮,切断試験は,EPS材料でストレス-ストレスの曲線,弾性モジュール,および屈折強度を取得するために実施されました.
- 実験データに基づいて,EPS材料の構成モデルが装着され,修正されました.
- ABAQUSを用いた有限要素解析と,材料特性のVUMATサブルーチンを使用して,機械的振る舞いをシミュレートした.
主要な成果:
- EPSのノズルカバーの設計は,2つの材料モデル配分計画に基づいて,実用的な条件により適合していることが示されました.
- 薄壁円板切断理論の適用は,3mm以上のEPSノズルカバーに限られている.
- EPSのノズルカバーは,内圧下での9mmの厚さで7.58MPaに達し,端の厚さと正に相関する有力な耐圧力を発揮します.
結論:
- EPSのノズルカバーは,固体ロケットエンジンの適用に適した優れた圧力耐久性と性能を提供します.
- 設計の最適化は,端の厚さと圧力耐久性の間の正の相関を考慮する必要があります.
- EPSのノズルカバーの内部圧力抵抗は,特に厚さが増えると,外部圧力抵抗よりもかなり高い.
