基于干法缠绕的固体火箭发动机壳体补强工艺研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20211128.005

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (11): 31-38.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20211128.005

基于干法缠绕的固体火箭发动机壳体补强工艺研究

王鑫¹, 张骞², 费阳¹, 祖磊^2*, 金书明², 许辉²

1.96901部队24分队,北京100094;
2.合肥工业大学机械工程学院,合肥230009

收稿日期:2021-03-03 出版日期:2021-11-28 发布日期:2021-12-13
通讯作者: 祖磊(1983-),男,博士,教授,主要从事复合材料力学与结构设计方面的研究,zulei@hfut.edu.cn。
作者简介:王鑫(1982-),男,助理研究员,主要从事复合材料壳体方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51875179,52175311,52175133,12102115);安徽省重点研究与开发计划项目(201904d07020013)

Research on reinforcement scheme of solid rocket motor case based on prepreg winding

WANG Xin¹, ZHANG Qian², FEI Yang¹, ZU Lei^2*, JIN Shu-ming², XU Hui²

1. Chinese People's Liberation Army 96901-24, Beijing 100094, China;
2. School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

Received:2021-03-03 Online:2021-11-28 Published:2021-12-13

摘要/Abstract

摘要： 本文开展了基于干法缠绕成型工艺固体火箭发动机复合材料壳体样件的力学特性研究。通过建立基于三次样条厚度预测方法的封头精细化数值模型,利用Hashin失效判据对壳体爆破压强进行预测,并结合试验结果,分析了固体火箭发动机壳体的水压爆破失效行为。基于该数值模型,探究了补强角度、补强厚度和补强区域对壳体爆破行为的影响。结果表明:封头精细化补强对壳体的承载性能有较大提升,通过40°补强层进行封头补强,壳体爆破压强提升了约50%;在一定范围内,壳体的爆压压强随着补强层的增加而增加;针对破坏位置的局部补强对壳体水压爆破强度有一定的提升,但壳体封头处未补强的区域会因为强度不足而发生破坏。研究成果对基于干法缠绕工艺的固体火箭发动机壳体的研制具有重要参考意义。

关键词: 干法缠绕, 固体火箭发动机壳体, 渐进损伤分析, 封头精细化补强, 复合材料

Abstract: In this paper, a study on the mechanical properties of solid rocket motor composite shell samples was carried out using prepreg winding process. The mechanical behavior of composite shells was investigated and a refined numerical model of the composite dome using cubic-spline thickness prediction method was established. The burst pressure was predicted using Hashin failure criterion. With the aid of the test results, the failure mechanism of the composite shell was revealed. The influence of various reinforcement methods on the burst behavior of the composite shell was evaluated. The results show that the fine reinforcement of the dome can greatly improve the load carrying capacity of the shell. The burst pressure of the shell is increased by 50% with the reinforcement layup angle of 40°. The burst pressure increases with the increase of the reinforcement layer in a certain range. The local reinforcement for the damaged position will increase the hydraulic burst pressure of the shell to a certain extent. However, the unreinforced area at the dome of the shell will be damaged due to insufficient strength. This paper provides an important reference for design and production of composite solid rocket motor shell fabricated using prepreg winding.

Key words: prepreg winding, solid rocket motor shell, progressive damage analysis, refined dome reinforcement, composites

中图分类号:

TB332

王鑫, 张骞, 费阳, 祖磊, 金书明, 许辉. 基于干法缠绕的固体火箭发动机壳体补强工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 31-38.

WANG Xin, ZHANG Qian, FEI Yang, ZU Lei, JIN Shu-ming, XU Hui. Research on reinforcement scheme of solid rocket motor case based on prepreg winding[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(11): 31-38.

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基于干法缠绕的固体火箭发动机壳体补强工艺研究

Research on reinforcement scheme of solid rocket motor case based on prepreg winding

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