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初始缺陷的随机统计规律在三元乙丙本构模型中的应用

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推进技术 2016年第6期37卷 1189-1194页

作者：张中水许进升陈雄蒋晶南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了研究材料初始缺陷对其力学行为的影响,针对三元乙丙(EPDM)包覆层材料进行准静态力学实验,并且采用统计学方法对实验结果进行分析,获取以随机损伤参数函数表示的有效实验结果的分布规律,通过引入随机损伤参数函数扩展Ogden模型,建立... 详细信息

为了研究材料初始缺陷对其力学行为的影响,针对三元乙丙(EPDM)包覆层材料进行准静态力学实验,并且采用统计学方法对实验结果进行分析,获取以随机损伤参数函数表示的有效实验结果的分布规律,通过引入随机损伤参数函数扩展Ogden模型,建立能够描述EPDM初始缺陷的本构方程。结果表明:实验结果以94%的概率落入该扩展模型所估计的置信程度为90%的置信区间,该模型对于考虑初始缺陷的EPDM包覆层材料的力学行为预测结果较好。

关键词：初始缺陷随机变量统计规律本构模型单轴拉伸三元乙丙

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EPDM绝热包覆层热解特性及本构模型研究

EPDM绝热包覆层热解特性及本构模型研究

作者：张中水南京理工大学

学位级别：硕士

三元乙丙(EPDM)作为固体火箭发动机的绝热包覆层位于发动机壳体与推进剂装药之间,在发动机工作过程中,绝热包覆层可以有效地控制装药燃面的变化规律,得到所需要的内弹道性能,从而保证发动机的正常工作。此外,绝热包覆层对壳体与药柱之... 详细信息

三元乙丙(EPDM)作为固体火箭发动机的绝热包覆层位于发动机壳体与推进剂装药之间,在发动机工作过程中,绝热包覆层可以有效地控制装药燃面的变化规律,得到所需要的内弹道性能,从而保证发动机的正常工作。此外,绝热包覆层对壳体与药柱之间应力、应变的传递也起到了重要的缓冲作用,缓解了壳体的震动和冲击对装药燃烧的影响。这就要求绝热包覆层材料必须具有良好的热稳定性能和力学性能。本文针对EPDM绝热包覆层的热防护机理和本构模型展开研究,主要包括以下内容：(1) EPDM绝热包覆层热稳定性实验研究通过热重分析确定EPDM绝热包覆层材料的热解温度范围,结合能谱分析和微观结构扫描等技术手段对热解材料的微观结构、物相变化以及元素的成分和含量展开研究。通过实验结果分析EPDM绝热包覆层的热防护机理,并为其在不同热解状态下力学行为的变化规律提供理论依据。(2) EPDM绝热包覆层力学实验研究通过多步松弛和单轴拉伸两种实验方式,获取不同热解状态下EPDM的平衡响应曲线和拉伸曲线。结合实验结果分析材料的粘流特性、率敏感性和超弹性等特征以确定材料的力学范畴,为建立EPDM绝热包覆层在不同热解状态条件下的本构模型提供了实验基础。(3) EPEM原始材料层本构模型研究根据EPDM准静态力学实验结果,采用超弹性模型对平衡响应曲线进行拟合,并在此基础上引入应变率参数函数,以描述EPDM在单轴拉伸实验中的率相关特性,从而构建了能够描述和预测EPDM在有限应变率范围内力学响应特性的粘超弹本构模型。(4) EPDM热解材料层本构模型研究基于EPDM初始热解材料在准静态条件下的粘超弹特性,本文构建了一个由含热解温度项的超弹单元模型和含损伤项的粘弹单元模型并联组成的粘超弹本构模型;基于EPDM深度热解材料所呈现出的的弹脆性特征,尝试采用Ogden(n=2)模型对其进行描述。拟合结果表明,粘超弹模型和超弹脆性模型均可很好地描述EPDM在不同热解程度下的力学行为,为EPDM绝热包覆层在固体火箭发动机工作过程中的应力、应变传递提供了一定的理论依据。

关键词：固体火箭发动机 EPDM绝热包覆层热解特性粘超弹特性本构模型

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EPDM绝热层的粘超弹本构模型

固体火箭技术 2015年第2期38卷 273-277,290页

作者：张中水陈雄周清春杜红英南京理工大学机械工程学院南京210094 晋西工业集团技术研发中心太原030027

为了准确描述固体火箭发动机内三元乙丙(EPDM)绝热层在有限变形下的力学特性,主要通过多步松弛和单轴拉伸2种实验方法,获得平衡响应曲线和拉伸曲线。分别采用Ogden模型、Mooney-Rivlin模型,对平衡响应曲线进行拟合,并以此为基础,引入应... 详细信息

为了准确描述固体火箭发动机内三元乙丙(EPDM)绝热层在有限变形下的力学特性,主要通过多步松弛和单轴拉伸2种实验方法,获得平衡响应曲线和拉伸曲线。分别采用Ogden模型、Mooney-Rivlin模型,对平衡响应曲线进行拟合,并以此为基础,引入应变率参数μ来描述EPDM在单轴拉伸实验中的率相关特性,从而建立了EPDM在准静态单轴拉伸条件下的本构模型。研究结果表明,本文所建立的模型能很好地描述EPDM在准静态条件下的力学特性,通过该模型,也可在有限应变率范围内预测EPDM的应力响应特性。

关键词： EPDM绝热层粘超弹单轴拉伸本构模型

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EPDM包覆层材料热解过程分析

化工新型材料 2016年第10期44卷 128-129,133页

作者：蒋晶许进升陈雄张中水南京理工大学机械工程学院南京210094

为研究三元乙丙(EPDM)绝热包覆材料的热解过程,采用热重分析仪完成其热降解实验,发现随着升温速率的升高,热重曲线逐渐向高温区移动。基于热重分析曲线进行不同程度热解保温实验,并通过电镜能谱法分析EPDM材料在热解各阶段不同元素含量... 详细信息

为研究三元乙丙(EPDM)绝热包覆材料的热解过程,采用热重分析仪完成其热降解实验,发现随着升温速率的升高,热重曲线逐渐向高温区移动。基于热重分析曲线进行不同程度热解保温实验,并通过电镜能谱法分析EPDM材料在热解各阶段不同元素含量,为之后研究EPDM材料热解后力学性能以及建立模型提供依据。

关键词： EPDM 热解电镜能谱法

EPDM包覆层材料准静态压缩实验及力学模型研究

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推进技术 2015年第8期36卷 1268-1273页

作者：蒋晶许进升陈雄杜红英张中水南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 晋西工业集团有限责任公司技术中心山西太原030027

三元乙丙(Ethylene Propylene Diene Monomer,即EPDM)材料的力学性能对使用其作为包覆层的固体火箭发动机起到关键的作用。利用万能试验机进行EPDM包覆层材料常温下的准静态压缩实验,通过实验发现,EPDM包覆层材料具有明显的超弹特性和... 详细信息

三元乙丙(Ethylene Propylene Diene Monomer,即EPDM)材料的力学性能对使用其作为包覆层的固体火箭发动机起到关键的作用。利用万能试验机进行EPDM包覆层材料常温下的准静态压缩实验,通过实验发现,EPDM包覆层材料具有明显的超弹特性和率敏感特性。提出采用超弹模型来描述材料压缩变形下的力学性能,通过比较Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Polynomial模型的拟合结果,发现二阶Polynomial超弹模型的精度最高,故选取Polynomial超弹模型作为EPDM包覆层材料的本构模型,并考虑其率相关特性,拟合超弹及率相关两部分的材料参数。对比实验结果,发现压缩模型能很好地预测40%应变内的EPDM材料的力学性能。

关键词：包覆材料本构模型应变率超弹模型压缩实验

离散制造业三维设计制造一体化建设方案的设计与实现

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机械管理开发 2023年第1期38卷 57-59页

作者：高亮张中水朱浩赵静张文元北方自动控制技术研究所山西太原030006

针对离散制造业机加类零件的设计、工艺、制造,各角色间信息沟通不畅,缺乏协作,相互分离,导致的变更多、周期长、成本高的问题,提出了以工艺为核心,充分发挥工艺部门承上启下的功能,向前规范设计,向后约束加工,形成了一套涵盖协同准备... 详细信息

针对离散制造业机加类零件的设计、工艺、制造,各角色间信息沟通不畅,缺乏协作,相互分离,导致的变更多、周期长、成本高的问题,提出了以工艺为核心,充分发挥工艺部门承上启下的功能,向前规范设计,向后约束加工,形成了一套涵盖协同准备、协同流程、协同应用三个维度的技术方案。通过应用本方案,可使产品设计更改次数减少,投产准备时间降低,信息传递效率提高,产品生产周期缩短,生产产能得到提升。

关键词：三维设计设计制造一体化协同

EPDM包覆层热解状态下的力学行为及本构模型

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固体火箭技术 2016年第4期39卷 560-564页

作者：张中水许进升陈雄蒋晶南京理工大学机械工程学院南京210094

为了准确描述固体火箭发动机三元乙丙(EPDM)包覆层在不同热解状态下的力学特性,通过热重分析的方法得到EPDM的热解温度范围,并采用准静态单轴拉伸实验的方法获得EPDM在不同热解温度下的应力-应变曲线。以Ogden(n=2)模型为基础,分别对不... 详细信息

为了准确描述固体火箭发动机三元乙丙(EPDM)包覆层在不同热解状态下的力学特性,通过热重分析的方法得到EPDM的热解温度范围,并采用准静态单轴拉伸实验的方法获得EPDM在不同热解温度下的应力-应变曲线。以Ogden(n=2)模型为基础,分别对不同热解状态下的力学曲线进行建模,并通过对实验数据的拟合获得模型参数。结果表明,在初始热解状态下,材料只发生了少量的失水和气体的逃逸,其力学行为可通过粘超弹本构模型进行描述;随着材料热解程度增加,基体材料和填充纤维均遭到破坏,其力学行为表现为超弹脆性材料特性。

关键词：三元乙丙包覆层热解粘超弹本构模型超弹脆性本构模型

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基于EPDM绝热层拉压不同性的研究

化工新型材料 2015年第3期43卷 170-172页

作者：张中水许进升陈雄南京理工大学机械工程学院南京210094

以固体火箭发动机绝热层材料三元乙丙(EPDM)橡胶的准静态单轴拉伸、压缩实验为基础,对比分析了EPDM在拉伸和压缩过程中力学行为的差异。从材料的微观结构出发,考察EPDM力学行为拉压不同性的形成机理。结果表明:EPDM在常温下拉伸和压缩... 详细信息

以固体火箭发动机绝热层材料三元乙丙(EPDM)橡胶的准静态单轴拉伸、压缩实验为基础,对比分析了EPDM在拉伸和压缩过程中力学行为的差异。从材料的微观结构出发,考察EPDM力学行为拉压不同性的形成机理。结果表明:EPDM在常温下拉伸和压缩曲线均表现出明显的弹性阶段、损伤阶段和失效阶段。EPDM的拉压模量比和拉断伸长率的率相关性明显,而拉压强度比和有效压缩应变的率相关性并不明显。

关键词： EPDM绝热层力学性能率相关性

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双脉冲发动机EPDM软隔层黏超弹本构模型

航空学报 2018年第11期39卷 110-118页

作者：范兴贵许进升陈雄杜红英李映坤张中水南京理工大学机械工程学院南京210094 晋西工业集团技术研发中心太原030027 北方自动控制技术研究所太原030006

三元乙丙橡胶(EPDM)用于软隔层式双脉冲固体火箭发动机软质脉冲隔离装置(PSD)时,主要在Ⅰ脉冲工作时起到绝热抗烧蚀作用,同时保证Ⅱ脉冲能够可靠工作。根据橡胶类材料连续介质力学理论,建立了描述EPDM软隔层在有限变形下的黏超弹本构模... 详细信息

三元乙丙橡胶(EPDM)用于软隔层式双脉冲固体火箭发动机软质脉冲隔离装置(PSD)时,主要在Ⅰ脉冲工作时起到绝热抗烧蚀作用,同时保证Ⅱ脉冲能够可靠工作。根据橡胶类材料连续介质力学理论,建立了描述EPDM软隔层在有限变形下的黏超弹本构模型。模型由超弹部分和非线性黏弹性部分构成:超弹部分在Mooney-Rivlin模型的基础上进行了改进,使之能够描述大应变时的硬化现象;非线性黏弹性部分采用广义黏弹性模型,采用无量纲形式的KWW方程替代了传统的Prony级数,使得用2个参数就能预测较大应变率范围内的力学响应。利用万能材料实验机对EPDM软隔层进行了多步松弛实验和单轴等速率拉伸实验,然后根据实验结果,采用分步拟合的方法求出模型参数,利用所建立的本构模型对其余的实验结果进行预测并与实验结果进行比较,对比结果表明所建立的模型能较好地预测EPDM软隔层伸长比在800%以内的单轴等速拉伸响应。最后利用文献中的实验数据验证了所建立的模型能够较好地预测多种工况下的力学响应。

关键词：三元乙丙橡胶(EPDM) 软质脉冲隔离装置(PSD) 本构模型黏超弹非线性