本技術(shù)涉及老化試驗，更具體地說，涉及一種固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體貯存壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維纏繞制備的固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體在貯存環(huán)境下容易發(fā)生老化，導(dǎo)致殼體出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，從而影響殼體的使用壽命。目前，現(xiàn)有技術(shù)中無法對固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體在貯存環(huán)境中的貯存壽命進(jìn)行預(yù)測，導(dǎo)致缺少對固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體貯存后使用的安全性的參考依據(jù)。

2、綜上所述，如何預(yù)測固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體在貯存環(huán)境中的貯存壽命，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)的目的是提供一種固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體貯存壽命預(yù)測方法，以預(yù)測固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體在貯存環(huán)境中的貯存壽命。

2、為了達(dá)到上述目的，本技術(shù)提供如下技術(shù)方案：

3、一種固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體貯存壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括：確定作為壽命預(yù)測依據(jù)的目標(biāo)力學(xué)性能；制備試樣；測定所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值，和所述試樣的初始理化性能；模擬復(fù)合材料殼體貯存環(huán)境的老化條件，所述老化條件包括系列熱老化條件和系列濕熱老化條件；依據(jù)所述系列熱老化條件進(jìn)行系列加速熱老化試驗；依據(jù)所述系列濕熱老化條件進(jìn)行系列加速濕熱老化試驗；測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能和經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的所述試樣的理化性能；依據(jù)所述試樣的初始理化性能、以及經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的理化性能，確定模擬的老化條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理與復(fù)合材料殼體貯存條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理一致；依據(jù)所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值、以及經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的目標(biāo)力學(xué)性能，得到系列加速熱老化壽命預(yù)測模型和系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型；依據(jù)所述系列加速熱老化壽命預(yù)測模型，得到所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能下預(yù)測的第一系列貯存壽命；依據(jù)所述系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型，得到所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能下預(yù)測的第二系列貯存壽命；將所述第一系列貯存壽命和所述第二系列貯存壽命中的最小值作為預(yù)測的固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體的貯存壽命。

4、在一些實施例中，所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能包括：環(huán)向拉伸強(qiáng)度、軸向拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、環(huán)向拉伸模量、軸向拉伸模量、剪切模量中的至少一個。

5、在一些實施例中，所述系列熱老化條件包括至少三個熱老化條件，所述熱老化條件的溫度范圍為：最低溫度高于固定火箭的貯存溫度，最高溫度為固體火箭發(fā)動機(jī)殼體的復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度-t0；

6、所述系列濕熱老化條件包括至少四個濕熱老化條件，所述濕熱老化條件的溫度范圍為：最低溫度為高于固定火箭的貯存溫度，最高溫度為固體火箭發(fā)動機(jī)殼體的復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度-t0和100℃二者中的較低值；所述濕熱老化條件的濕度范圍為：50%rh~100%rh。

7、在一些實施例中，依據(jù)所述系列熱老化條件進(jìn)行系列加速熱老化試驗，具體包括：采用電熱鼓風(fēng)干燥箱制備選取的至少三種所述熱老化條件，并將試樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行加速熱老化試驗，每種熱空氣環(huán)境下選取至少五個取樣時刻，每個取樣時刻設(shè)置至少五個試樣；依據(jù)所述系列濕熱老化條件進(jìn)行系列加速濕熱老化試驗，具體包括：采用恒溫恒濕箱制備選取的至少四種所述濕熱老化條件，并將試樣放入恒溫恒濕箱內(nèi)進(jìn)行加速濕熱老化試驗，每種濕熱空氣環(huán)境下選取至少五個取樣時刻，每個取樣時刻設(shè)置至少五個試樣。

8、在一些實施例中，制備試樣具體包括：制備能夠模擬復(fù)合材料殼體纏繞工藝和拉伸應(yīng)力狀態(tài)的平板件和殼體縮比件；

9、測定所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值，具體包括：測定所述平板件的初始環(huán)向拉伸強(qiáng)度、初始軸向拉伸強(qiáng)度；測定所述殼體縮比件的初始靜水壓爆破壓強(qiáng)；測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能，具體包括：測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后所述平板件的環(huán)向拉伸強(qiáng)度、軸向拉伸強(qiáng)度；測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后所述殼體縮比件的靜水壓爆破壓強(qiáng)。

10、在一些實施例中，測定所述試樣的初始理化性能，具體包括：測定所述平板件的初始紅外吸收光譜ir0和初始玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg0；測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的所述試樣的理化性能，具體包括：測定經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后所述平板件的紅外吸收光譜ir1和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg1。

11、在一些實施例中，依據(jù)所述試樣的初始理化性能、以及經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗和所述系列加速濕熱老化試驗后的理化性能，確定模擬老化條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理與復(fù)合材料殼體貯存條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理一致，具體包括：比較ir0和ir1，比較tg0和tg1；在ir0≠ir1，或者tg0≠tg1的情況，重新選擇對應(yīng)的老化條件；在ir0=ir1，并且tg0=tg1的情況，進(jìn)行貯存壽命預(yù)測。

12、在一些實施例中，依據(jù)所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值、以及經(jīng)過所述系列加速熱老化試驗后的目標(biāo)力學(xué)性能，得到系列加速熱老化壽命預(yù)測模型，具體包括：利用arrhenius模型預(yù)測目標(biāo)力學(xué)性能下復(fù)合材料殼體的貯存壽命；根據(jù)所述平板件的初始環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度，以及所述系列加速熱老化試驗后的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度，繪制環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的數(shù)據(jù)圖，以指數(shù)模型按照最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得在某一熱老化溫度下，環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的曲線方程為：，其中，pij（i=1，2，3，i為三種熱老化試驗溫度，j=1，2，3，4，5，j為五個取樣時刻）為在溫度ti下，時間為tij時的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度；ki為在溫度ti下，環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度的退化反應(yīng)速率；tij為在溫度ti下，熱老化試驗的持續(xù)時間；根據(jù)每個溫度ti對應(yīng)的反應(yīng)速率ki，獲得三組溫度-反應(yīng)速率數(shù)組（ki，ti）；對反應(yīng)速率ki進(jìn)行修正，獲得修正后的熱老化反應(yīng)速率kir，獲得修正后的三組溫度-反應(yīng)速率數(shù)組（kir，ti）；利用arrhenius模型，擬合修正后的溫度-反應(yīng)速率數(shù)組（kir，ti），并確定arrhenius模型中的待定常數(shù)項；arrhenius模型具體為：，其中，a為指前因子，待定常數(shù)項；eα為表觀活化能，待定常數(shù)項；r為摩爾氣體常數(shù)；將確定了常數(shù)項的arrhenius模型代入熱老化試驗的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的曲線方程中，可得到熱老化條件下，以不同的所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能作為判斷依據(jù)的系列加速熱老化壽命預(yù)測模型：，其中，t為貯存溫度為t的情況下，固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度的臨界值為p時的第一系列貯存壽命。

13、在一些實施例中，對反應(yīng)速率ki進(jìn)行修正，獲得修正后的熱老化反應(yīng)速率kir，具體包括：根據(jù)所述殼體縮比件的初始靜水壓爆破壓強(qiáng)，以及所述系列加速熱老化試驗后的殼體縮比件的靜水壓爆破壓強(qiáng)，繪制靜水壓爆破壓強(qiáng)-時間的數(shù)據(jù)圖，以指數(shù)模型按照最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得在某一熱老化溫度下，靜水壓爆破壓強(qiáng)-時間的曲線方程為：，其中，p1ij（i=1，2，3，i為三種熱老化試驗溫度，j=1，2，3，4，5，j為五個取樣時刻）為在溫度ti下，時間為tij時的靜水壓爆破壓強(qiáng)；ksi為在溫度ti下，靜水壓爆破壓強(qiáng)的退化反應(yīng)速率；tij為在溫度ti下，熱老化試驗的持續(xù)時間；根據(jù)獲得的殼體縮比件的靜水壓爆破壓強(qiáng)的退化反應(yīng)速率ksi，可得到熱老化反應(yīng)速率的修正系數(shù)αi，；根據(jù)修正系數(shù)αi可得到修正后的熱老化反應(yīng)速率kir，。

14、在一些實施例中，依據(jù)所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值、以及經(jīng)過所述系列加速濕熱老化試驗后的目標(biāo)力學(xué)性能，得到系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型，具體包括：利用eyring模型預(yù)測目標(biāo)力學(xué)性能下的復(fù)合材料殼體的貯存壽命；根據(jù)所述平板件的初始環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度，以及所述系列加速濕熱老化試驗后的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度，繪制環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的數(shù)據(jù)圖，以指數(shù)模型按照最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得在某一濕熱老化條件的溫度-濕度耦合情況下，環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的曲線方程為：，其中，pij’（i=1，2，3，4，i為四種濕熱老化試驗的溫度-濕度組合，j=1，2，3，4，5，j為五個取樣時刻）為在溫度-濕度組合為ti-?hi下，時間為tij’時的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度；ki’為在溫度-濕度組合為ti-?hi下，環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度的退化反應(yīng)速率；tij’為在溫度-濕度組合為ti-?hi下，濕熱老化試驗的持續(xù)時間；根據(jù)每個溫度-濕度組合為ti-?hi對應(yīng)的反應(yīng)速率ki’，獲得四組溫度-濕度-反應(yīng)速率的數(shù)組（ki’，ti，hi）；對反應(yīng)速率ki’進(jìn)行修正，獲得修正后的濕熱老化反應(yīng)速率kir’，獲得修正后的四組溫度-濕度-反應(yīng)速率的數(shù)組（kir’，ti，hi）；利用eyring模型，擬合修正后的溫度-濕度-反應(yīng)速率的數(shù)組（kir’，ti，hi），并確定eyring模型中的待定常數(shù)項；eyring模型具體為：，其中，a、b、c、d為待定常數(shù)項，λ為玻爾茲曼常數(shù)；將確定了常數(shù)項的eyring模型代入濕熱老化試驗的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度-時間的曲線方程中，可得到濕熱老化條件下，以不同的所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能為判斷依據(jù)的系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型：，其中，t*為貯存環(huán)境的溫度-濕度組合為t-h的情況下，固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體的環(huán)向拉伸強(qiáng)度/軸向拉伸強(qiáng)度的臨界值為p*時的第二系列貯存壽命。

15、在一些實施例中，對反應(yīng)速率ki’進(jìn)行修正，獲得修正后的濕熱老化反應(yīng)速率kir’，具體包括：根據(jù)所述殼體縮比件的初始靜水壓爆破壓強(qiáng)，以及加速濕熱老化試驗后的殼體縮比件的靜水壓爆破壓強(qiáng)，繪制靜水壓爆破壓強(qiáng)-時間的數(shù)據(jù)圖，以指數(shù)模型按照最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲得在某一濕熱老化條件的溫度-濕度耦合情況下，靜水壓爆破壓強(qiáng)-時間的曲線方程為：，其中，p’1ij（i=1，2，3，4，i為四種濕熱老化試驗的溫度-濕度組合，j=1，2，3，4，5，j為五個取樣時刻）為在溫度-濕度組合為ti-?hi，時間為tij’時的靜水壓爆破壓強(qiáng)；ksi’為在溫度-濕度組合為ti-?hi下，靜水壓爆破壓強(qiáng)的退化反應(yīng)速率；tij’為在溫度-濕度組合為ti-?hi下，濕熱老化試驗的持續(xù)時間；根據(jù)獲得的殼體縮比件的靜水壓爆破壓強(qiáng)的退化反應(yīng)速率ksi’，可得到濕熱老化反應(yīng)速率的修正系數(shù)αi’，；根據(jù)修正系數(shù)αi’可得到修正后的濕熱老化反應(yīng)速率kir’，。

16、本技術(shù)提供的固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體貯存壽命預(yù)測方法，首先確定作為壽命預(yù)測依據(jù)的目標(biāo)力學(xué)性能，制備試樣，并測定所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值和初始理化性能；模擬復(fù)合材料殼體貯存環(huán)境的系列熱老化條件和系列濕熱老化條件，分別將依據(jù)選取的系列熱老化條件和系列濕熱老化條件進(jìn)行系列加速熱老化試驗和系列加速濕熱老化試驗，并測定經(jīng)過系列加速熱老化試驗和系列加速濕熱老化試驗后的試樣的目標(biāo)力學(xué)性能和理化性能；依據(jù)試樣的初始理化性能、以及經(jīng)過系列加速熱老化試驗和系列加速濕熱老化試驗后的理化性能，確定模擬老化條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理與復(fù)合材料殼體貯存條件下的復(fù)合材料的老化機(jī)理一致，以保證加速熱老化試驗和加速濕熱老化試驗的有效性；之后，依據(jù)所述試樣的目標(biāo)力學(xué)性能的初始值、以及經(jīng)過系列加速熱老化試驗和系列加速濕熱老化試驗后的目標(biāo)力學(xué)性能，得到系列加速熱老化壽命預(yù)測模型和系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型，并根據(jù)得到的系列加速熱老化壽命預(yù)測模型得到目標(biāo)力學(xué)性能下的第一系列貯存壽命，并根據(jù)得到的系列加速濕熱老化壽命預(yù)測模型得到目標(biāo)力學(xué)性能下的第二系列貯存壽命，將第一系列貯存壽命和第二系列貯存壽命中的最小值作為預(yù)測的固體火箭發(fā)動機(jī)復(fù)合材料殼體的貯存壽命，這樣，通過模擬復(fù)合材料殼體貯存環(huán)境的老化條件進(jìn)行加速老化試驗，并選取其中最短的貯存壽命作為預(yù)測的復(fù)合材料殼體的貯存壽命，實現(xiàn)了對固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體在貯存環(huán)境下的貯存壽命的預(yù)測，為固體火箭發(fā)動機(jī)的復(fù)合材料殼體在貯存后使用的安全性提供了參考依據(jù)。