扩展聚烯喷嘴盖的机械性能测试和数值建模和模拟
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
概括
可扩展聚乙烯 (EPS) 喷嘴盖提供轻量级,可拆卸的金属替代品. 这项研究优化了EPS喷嘴盖的设计,证明了它们的优异承压能力,这种能力随着厚度的增加而增加.
科学领域:
- 材料科学
- 机械工程
- 航空航天工程
背景情况:
- 固体火箭发动机中的传统金属喷嘴盖面临限制.
- 可扩展聚乙烯 (EPS) 具有卓越的机械性能,轻量化设计和耐磨性.
- 对于固体火箭发动机应用,EPS喷嘴盖需要系统的工程设计和性能优化.
研究的目的:
- 建立EPS喷嘴盖的工程设计和性能优化的理论基础.
- 在线负荷下研究EPS喷嘴盖的承压能力.
- 根据实际情况验证EPS喷嘴盖设计.
主要方法:
- 在EPS材料上进行了近静态拉伸,压缩和剪切测试,以获得应力-拉伸曲线,弹性模量和屈服强度.
- 根据实验数据,安装并修改了EPS材料的组成模型.
- 使用ABAQUS的有限元分析,以及用于材料特性的VUMAT子程序,用于模拟机械行为.
主要成果:
- 基于两种材料模型分配方案的EPS喷嘴盖设计显示出更好地与实际条件保持一致.
- 薄壁圆形板切割理论的适用性对于厚度大于3mm的EPS喷嘴盖是有限的.
- 在内部压力下,EPS喷嘴盖具有显著的承压能力,与端厚相对应,在9毫米厚度下达到7.58MPa.
结论:
- EPS喷嘴盖提供出色的承压能力和性能,适用于固体火箭发动机应用.
- 设计优化应考虑端厚度和承压能力之间的正相关性.
- 聚乙烯喷嘴盖的内部压力阻力大大高于外部压力阻力,尤其是在增加厚度时.
