固体火箭发动机在长期服役过程中要经受复杂环境的考验,这将不可避免地导致其性能的持续劣化。如何准确评估性能劣化条件下的发动机药柱结构完整性,一直是固体火箭发动机研发和使用部门关注的重要课题。而准确表征推进剂性能劣化过程的力学行为,建立合理的推进剂本构模型并将其应用于药柱结构分析,则是解决该问题的重要途径。本文的重点是建立含老化和损伤效应的推进剂粘弹性本构模型,研究其数值分析方法及其工程应用。主要研究内容如下:建立了考虑定泊松比和变泊松比的两类推进剂粘弹性本构模型。基于现有的推进剂老化和损伤模型,并根据材料等效性假设,将老化和损伤效应考虑到粘弹性本构方程中;先后引入定泊松比和变泊松比参数,分别建立了含老化和损伤的两类推进剂粘弹性本构方程,它们均可综合考虑热粘弹性、化学老化以及力学损伤等效应,适应于发动机全寿命周期内多种条件下的药柱结构分析。开展了基于数字图像相关方法的推进剂泊松比试验研究。根据粘弹性材料泊松比的时间相关性,讨论了推进剂泊松比的测量原理;基于数字图像相关方法,建立了非接触式的推进剂泊松比光学测量系统,并以此开展了相应的试验研究;根据试验所得数字图像并利用数字图像相关方法,计算得到了加载过程的试件横向和纵向应变数据,并采用最小二乘法拟合得到了推进剂泊松比的表达式,为后续的药柱结构分析提供了推进剂泊松比参数。所建立的粘弹性泊松比测量方法及其测量系统,对其他粘弹性材料泊松比试验研究具有借鉴意义。研究了含老化和损伤的定泊松比粘弹性本构模型的有限元分析方法。针对含老化和损伤的定泊松比粘弹性本构模型,利用积分算法对其进行了数值分析,得到了该本构方程的增量形式及切线刚度;根据增量法的思想对折算时间和老化变量进行了数值求解分析,并针对所得增量本构方程的非线性问题,利用Newton迭代法对其进行了求解,进而实现了应力更新;基于Abaqus软件的二次开发技术编写了相应的UMAT材料子程序,从而实现了该本构模型的三维有限元分析。研究了含老化和损伤的变泊松比粘弹性本构模型的有限元分析方法。在上述对定泊松比本构模型的数值分析基础上,进一步考虑粘弹性变泊松比的影响,针对一种含老化和损伤的变泊松比粘弹性本构方程,采用积分算法对其进行了数值分析,并利用Newton迭代法完成了对该非线性本构方程组的求解,进而实现了应力的更新;基于Abaqus软件二次开发技术实现了该本构模型的有限元分析。研究工作为后续的新型药柱结构分析模块开发提供了重要的材料子程序支持。建立了含变泊松比、老化及损伤效应的药柱结构分析模块,并开展了相关算例分析研究。基于现有固体火箭发动机结构分析系统,开发了包含上述两类粘弹性本构模型的药柱结构分析模块,其中可提供由变泊松比、老化及损伤等不同效应组合的8种推进剂粘弹性本构模型;基于该分析模块,先后讨论了泊松比、老化及损伤效应对药柱结构响应结果的影响,并采用不同效应组合的推进剂本构模型,开展了发动机全寿命周期内典型载荷工况下的药柱结构粘弹性分析。本文的研究成果可为进一步开展发动机药柱精细结构完整性分析和寿命评估提供了技术支持,具有重要的理论和工程应用价值。