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固体推进剂是典型的颗粒增强复合材料,其主要成分包括氧化剂颗粒、燃烧剂颗粒和粘合剂基体。固体推进剂的力学性能主要由其组分材料及其细观结构决定,准确预估固体推进剂的力学性能对固体发动机药柱结构完整性分析和贮存寿命预估具有重要意义。目前,细观有限元方法成为预估复合材料有效性能的一种重要手段,本文将Voronoi细胞有限单元法(VCFEM)用于推进剂等效模量等力学性能参数的预估,研究了组分材料参数、填充比、载荷大小对推进剂代表性体积单元(RVE)等效弹性模量和等效泊松比的影响规律。主要研究内容如下:基于弹性VCFEM,建立了固体推进剂RVE模型的有限元列式。基于杂交应力元的基本原理,通过对余能泛函进行修正,得到了含夹杂Voronoi单元的余能泛函,进而推导了含夹杂Voronoi单元的单元格式,并做了刚体位移抑制以及自由度凝聚处理,最后得到了有限元控制方程。制定了适用于固体推进剂等效模量预估的VCFEM程序设计规范并验证了程序的正确性。从功能、开发环境、模块组成等方面对VCFEM程序进行了概要设计,根据Fortran语言特点,制定了程序编写规范,在此基础上,编写了固体推进剂RVE模型的二维弹性VCFEM有限元计算程序,利用文献结果和商业有限元数值仿真方法对本文程序进行了正确性检验。基于二维VCFEM程序和细观力学均匀化理论,建立了推进剂等效弹性模量和等效泊松比的计算模型。利用细观力学均匀化思想,推导了应力均匀化以及应变均匀化计算公式,在此基础上,进一步得到了固体推进剂等效弹性模量和等效泊松比的计算公式。构建了固体推进剂的二维弹性RVE模型,研究了载荷大小、基体材料参数、颗粒分布以及填充比等因素对推进剂等效弹性模量和等效泊松比的影响。研究表明,随着夹杂体分比增大,推进剂的等效力学性能趋近夹杂的力学性能,等效弹性模量加速增大,等效泊松比有所减小,而AP与Al体积比例变化对等效力学性能并没有发生明显影响;等效模量和等效泊松比与基体模量分别呈正相关关系和负相关关系;等效模量随基体泊松比增加再小幅度范围内呈下降后上升的趋势,等效泊松比近似呈线性上升趋势。虽然本文的研究工作尚处于起步阶段,但相信随着研究的深入,本文方法可以开辟固体推进剂有效性能预估的一条新途径,可以加快高性能固体推进剂的研制进程,推动与固体推进剂相关武器装备的快速发展。