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激波与固体火箭发动机装药裂纹流固耦合机理研究

作　者: 崔小强
导　师: 刘君
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 固体火箭发动机药柱裂纹激波流固耦合有限体积法有限元方法分段精细时程积分法非结构动网格
分类号: V435
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

固体火箭发动机(SRM)在固化冷却、长途运输、长期储存、勤务处理和发射准备期间,药柱内可能会产生裂纹。这些裂纹与发动机点火时升压梯度引起的激波发生相互作用,导致发动机内弹道工作参数偏离设计值,影响发动机的正常工作。本文将固体药柱视为弹性体,采用松耦合的方法,流体压力场的计算采用格心格式的有限体积方法求解基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述下的二维非定常Euler方程,结构位移场的计算采用基于有限元思想的分段精细时程积分方法求解结构动力学方程,对激波扫过固体药柱裂纹的流固耦合作用进行了数值模拟。在每一步计算中,先求得流体压力场并将数据在流固交界面上传递给固体,然后利用有限元程序求得结构位移并将数据反馈回流体。由于流场边界在不断运动,因此需要借助非结构动网格技术。本文给出了药柱裂纹边界的变形规律及其对流场的影响。通过对比刚性裂纹和弹性裂纹的流场及超压曲线,发现弹性模量较大的固体对压力变化反应灵敏,激波在裂纹中传播时超压大小及振荡频率会发生不规则的变化;而泊松比对超压峰值的大小及振荡频率没有影响。

全文目录

目录  5-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究工作的背景及意义  11-12
  1.2 流固耦合问题的研究现状  12-16
  1.3 本文主要工作  16-17
第二章流体力学数值方法  17-29
  2.1 基于ALE描述的有限体积控制方程  17-18
  2.2 空间离散  18-22
  2.3 时间积分  22-23
  2.4 边界条件和初始条件  23-24
  2.5 几何守恒律  24-25
  2.6 基于变形的非结构动网格技术  25-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章固体力学数值方法  29-45
  3.1 线弹性力学平面问题  29-30
  3.2 平面三角形单元  30-34
  3.3 平面问题有限元法  34-36
  3.4 有限元动力学方程  36-37
  3.5 结构动力学方程的求解  37-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章软件验证  45-58
  4.1 流体软件验证  45-47
  4.2 动力学有限元软件验证  47-48
  4.3 本章小结  48-58
第五章流固耦合系统数值方法及算例分析  58-68
  5.1 程序说明  58-59
  5.2 激波与弹性药柱裂纹的流固耦合数值模拟  59-61
  5.3 本章小结  61-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 本文结论  68
  6.2 未来展望  68-70
发表论文  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
附录: 直杆的纵向自由振动理论解  77-81

激波与固体火箭发动机装药裂纹流固耦合机理研究

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