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环氧泡沫塑料易碎偏护盖机关安插及施行验证

   易碎偏护盖是发射筒的组成部件之一,导弹发射时,易碎偏护盖胀破,盖体边缘弹翼划过区域的残余物不应损伤导弹构件,碎块应质料小,分离性好。易碎偏护盖主要由非金属材料组合而成,周边通过金属法兰与发射筒联络。易碎偏护盖时时选用硬脆性材料,机关上进行局部弱化安插提供应力纠合,有利于盖体边缘沿弹翼划过区域断裂(谓之齐根断)和碎块较小。早期易碎偏护盖采用聚氨酯泡沫塑料机关,后期演变为橡胶板/纤维加强树脂层压板复合机关,通过预埋裂纹源,包管齐根断和碎块较小;易碎偏护盖也采用过绝对环氧泡沫塑料机关,盖体内表面布设若干径纬向和边缘的弱化槽,有利于平均零乱和齐根断。与复合材料机关盖体相比,绝对环氧泡沫塑料偏护盖机关可安插性好、成型工艺简便、梭哈游戏德料一致性较好。
        环氧泡沫塑料众为闭孔致密机关,具有质轻、机关平均、强度高等特征,可以用于成型大型机关件,1964年美国壳牌公司早先研制胜利,俄罗斯曾于20世纪60年代末将其用于飞机机关件(夹层板机关)。北京航空材料商量院系统地商量了环氧泡沫塑料的配方、工艺、效用及其大尺寸发泡制件的制备技术,修筑了较为通通的材料尺度和工艺文献。
        本职分以北京航空材料商量院(简称航材院)研制的环氧泡沫塑料为易碎偏护盖基本材料,采用有限元模拟、无损应变测试等步调,分别明晰了盖体机关在冲盖爆破载荷,寂静载荷下的应力、应变分布,确定了带有径纬槽、边缘槽等弱化槽的盖体机关,进行了静压和燃气动压冲盖施行验证。
1    施行
1.1    原材料
        双酚a环氧树脂(无锡树脂厂);芳香众元胺(上海试剂三厂);酰肼发泡剂(市售);OP表面活性剂(市售);XM密封剂(航材院)。
1.2    施行仪器和发觉
        SZF-20反响釜,烘箱,磅秤,电子天平,三辊炼胶机,注胶枪,电钻及钻头。
1.3    模具及工装
        大型球冠形铝质模具;金属法兰及压环。
1.4    盖模样备及装配
        将环氧树脂、固化剂、发泡剂以及其他助剂出席到反响釜中,在一定秩序温度下进行预聚反响,注入到成型模具中进行固化发泡,制备环氧泡沫塑料盖体。将盖体和金属法兰合营打孔,用螺钉和螺柱联络并锁紧固定,盖体和金属法兰内外表面涂敷密封剂,室温硫化或在70℃下统治8h。
1.5    有限元明晰和无损应变测试
        根据材料基本效用、工况前提及安插的几何梭哈游戏,修筑盖体机关模型,对盖体机关在冲盖爆破应力0.146MPa下的应力分布进行明晰;在盖体机关外表面的近沟槽区域、非沟槽区域挑选测试点,分别粘贴应变片,每个点搜集90,45°和0°三个目标,设定寂静加载应力为0.03MPa,测定各点的应变程度。
1.6    易碎前冲盖施行
        进行易碎偏护盖的静压冲盖施行和燃气动压冲盖施行,验证其齐根断和碎块平均性。
2    收成与议论
2.1    有限元应力明晰
        按等厚度(35MM)修筑盖体机关模型,并进行弱化槽安插。经纬槽深度X挑选4,12,14,16,18MM,边缘槽深度Y挑选14,18,20,25,30MM,施加载荷前提进行FEM应力明晰,经纬槽、边缘槽深度与槽所受平均应力。
        明晰可知:①在极限应力为0.146MPa,无弱化槽和弱化槽深度较小时,在爆炸压力感化下,偏护盖根部应力明显大于其他部位,此时无法畅速平均零乱的安插技术请求。②随着经纬槽X值的引申,易碎盖开槽部位所受应力程度提高,有利于畅速平均零乱的安插请求;当X值从4MM引申到14MM时,经纬槽所受应力厘革较为平缓,且小于材料的强度极限,X值从14MM引申到16MM时,经纬槽所受应力厘革较大,当X值大于16MM时,经纬槽所受应力大于材料的强度极限。③随着边缘槽深度Y值的引申,易碎盖在爆破应力感化下,该部位所受应力引申,有利于完成齐根断的安插请求。④在其他前提不变的状况下,通过在偏护盖周边部位修筑一圈深度为5MM的弱化槽后,偏护盖的应力分布更加趋于合理。
2.2    无损应变测试与明晰
        采用无损检测步调对盖体机关在寂静载荷(0.03MPa)感化下的应变分布状况进行明晰。
        明晰收成显示,主应变ε1由盖体中心向边缘呈递增趋势,迫近经纬槽交叉点处的ε1比远离交叉点的大,这与有限元明晰的收成一致。主应变ε2沿径向呈先增后减的趋势,在边缘涌现负值,但经教唆,此处的应力仍为拉应力。这评释边缘沟槽处外表面为拉应力,假云云处糊口缺口、缺陷,造成应力纠合,应该早先从此处破坏。
2.3    盖体机关边缘弹翼划过区域(法兰边缘)的破坏要领明晰
        随机抽取盖体样件,加工拉伸试样和膺惩试样,并测试其反响效用。表1为盖体环氧泡沫塑料的拉伸效用和膺惩效用。
        盖体环氧泡沫塑料具有近似脆性材料的效用特征,是一种介于韧脆过渡区的材料。对于高聚物材料,脆性和韧性表现还极大地依靠于测试速度(应变速度),在恒定温度前提下,断裂表现可由低应变速度下迫近韧性断裂要领蜕化为高应变速度下的脆性断裂要领。在冲盖施行中,静压零乱施行可以认为是一种低应变速度施行,随着升压速度的众数,盖体破坏要领偏向于局部韧性断裂;燃气动压冲破施行是一种高应变速度施行,盖体破坏要领更迫近于脆性断裂。
2.4    盖体机关安插和冲盖施行验证
        根据上述明晰收成,安插了两种机关要领的盖体,希望一:等厚度机关,经纬槽8MM×18MM,边缘槽8MM×18MM,周边弱化槽8MM×5MM;希望二:局部变厚度机关,经纬槽8MM×(8~18)MM,中部采用众边形凹槽,边缘槽(4~10)MM×(18~21)MM;制备了两种机关的实物样件。进行了静压和燃气动压冲盖施行。
        两种机关的盖体静压爆破应力均为0.14~0.17MPa,畅速效用请求;静压、燃气动压冲盖施行后,盖体边缘弹翼滑过处没有残余物,齐根断状况精良;燃气动压冲盖施行后,盖体碎块较小,质料分布如表2所示。经过冲盖施行验证,收成评释盖体机关安插合理,效用畅速请求。
3    结论
        (1)有限元模拟应力明晰和无损应变测试明晰收成评释,在给定冲盖爆破压力下,盖体机关边缘外表面为拉应力,内表面为压应力,内表面沿径纬向和边缘特定分布的弱化槽机关利于盖体机关在临界压力下完成平均零乱和齐根断。
        (2)基于材料特征对盖体边缘弹翼滑过区域的破坏要领的商量,为边缘弱化槽的精巧安插提供了依据。
        (3)通过静压冲盖、燃气动压冲盖施行验证,盖体弱化槽机关安插合理,安插明晰步调准确,所修筑的步协调商量收成为易碎偏护盖的安插应用提供了依据。


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