不同载荷条件下固体推进剂的力学行为研究是开展固体火箭发动机装药结构完整性分析及环境适应性评估的基础，本书针对战术导弹固体火箭发动机低温点火时固体推进剂面临的低温动态载荷作用，以端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂为研究对象，结合试验测试和理论分析，从低温动态拉压力学性能、细观损伤特性和动态含损伤非线性本构模型构建等方面论述了低温动态加载下固体推进剂的力学行为。全书共7章，包括:绪论、HTPB推进剂低温动态力学行为的试验方法、未老化HTPB推进剂低温动态单轴力学性能和细观损伤、热老化HTPB推进剂低温动态单轴力学性能和细观损伤、HTPB推进剂低温动态准双轴力学性能和细观损伤、动态单轴拉伸加载下HTPB推进剂的本构模型以及动态单轴压缩加载下HTPB推进剂的本构模型。本书内容层次分明、结构安排合理，并配有大量的试验装置、测试过程以及试验和计算结果的图表，可读性较强。

本书可供从事固体火箭发动机装药结构设计及固体推进剂等含能材料力学行为分析的科技工作者使用，也可作为航空宇航科学与技术、材料力学等相关专业的研究生和教师的参考书目。

前言 >>>

随着战术导弹任务需求的多样化和技术指标的不断提高，大多数战术导弹被要求在低温条件下能正常工作，但自 20 世纪 80 年代以来，国内外在开展低温条件下战术导弹固体火箭发动机点火试车时，屡有发动机发生爆炸现象，这些现象的发生严重滞后了战术导弹的研制进程。因此，提升固体火箭发动机装药结构的低温适应性，是低温点火下的结构完整性是导弹研制中必须解决的关键性问题之一，而有效获取和准确描述不同载荷下固体推进剂的力学行为是开展固体火箭发动机装药结构完整性分析及环境适应性评估的基础。因为固体推进剂是典型的颗粒增强复合材料，构成上是多组分体系，其力学行为对温度、加载应变率、应力 / 应变状态等具有强烈的依赖关系。但迄今为止，国内外专门介绍固体火箭发动机装药结构低温适应性的相关书籍匮乏，尤其是没有低温动态加载下固体推进剂力学行为的相关书籍公开出版。

固体材料动态力学行为的试验力学测试方法及技术、多因素耦合作用下材料的强度与破坏失效、细观结构损伤的演化和宏观力学行为的关联以及动态加载下含损伤的固体材料本构模型构建，一直是固体力学、材料力学等学科尚未完全解决的重要科学问题。此外，由于常规试验装置的局限，

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应变率范围内的动态力学行为试验长期是国内外材料性能研究中的难点问题。对于固体推进剂类低强度、低模量，且对测试过程具有较高安全性要求的固体材料而言，开展其在动态加载以及温度载荷与动态加载耦合作用下的力学测试具有更高的难度，亟需突破现有技术和方法的局限，并在试验测试结果的基础上形成相适应的强度准则、失效破坏判据以及本构模型理论。

本书以工程实践中面临的瓶颈问题和实际需求为背景，紧密围绕低温动态加载下固体推进剂的力学行为，以典型固体火箭发动机用推进剂为研究对象，从试验测试和理论分析相结合的方法出发，力求通过 7 章内容的阐述，即从低温动态加载下固体推进剂试验夹具优化设计，到试验系统搭建和试验结果可靠性分析，再到低温动态加载下强度准则和失效判据建立，最后到细观损伤演化规律、宏细观性能之间的相关性分析以及含损伤动态本构模型建立，不仅可以使读者深入认识低温动态加载下固体推进剂的力学行为，而且相关研究方法和结论对于固体火箭发动机装药结构性能模拟表征测试，评判低温点火条件下固体火箭发动机药柱的失效破坏情况以及适应低温点火的固体火箭发动机装药结构设计等具有很强的工程指导意义。

本书是作者开展相关领域研究过程中积累的实践经验和学术成果的汇编和总结，全书的撰写、统稿和修改工作均由王哲哲负责，本书的研究得到了国内航空航天相关院所的大力支持和强洪夫教授的指导帮助，在此致以深深的谢意。

对于不同载荷下固体推进剂力学行为的试验技术和理论方法的探索是一项长期的工作，鉴于编者学识水平有限，本书难免存在疏漏和不足之处，衷心欢迎广大读者批评指正并提出宝贵的建议（qiulongzaitian@126.com）。

作 者

2025 年 10 月

目录

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 固体推进剂力学性能研究进展

1.2.1 试验和测试方法研究进展

1.2.2 力学性能影响因素研究进展

1.2.3 总结评述

1.3 固体推进剂细观损伤研究进展

1.3.1 细观损伤形式研究进展

1.3.2 测试和分析方法研究进展

1.3.3 总结评述

1.4 固体推进剂非线性黏弹性本构模型研究进展

1.4.1 准静态加载下非线性黏弹性本构模型研究进展

1.4.2 动态加载下非线性黏弹性本构模型研究进展

1.4.3 总结评述

1.5 本书内容安排

第 2 章 HTPB 推进剂低温动态力学行为的试验方法

2.1 引言

2.2 试验方案

2.2.1 试验装置

2.2.2 试验原理和试验设计

2.3 试验结果可靠性分析

2.3.1 应变率稳定性分析

2.3.2 哑铃形实验件动态单轴拉伸变形特性

2.3.3 圆柱形实验件动态单轴压缩变形特性

2.3.4 板条实验件动态拉伸变形特性

第 3 章 未老化 HTPB 推进剂低温动态单轴力学性能和细观损伤

3.1 引言

3.2 低温动态单轴拉压曲线特性

3.2.1 低温动态单轴拉伸曲线特性

3.2.2 低温动态单轴压缩曲线特性

3.3 低温动态单轴拉压力学性能变化

3.3.1 力学性能参数确定

3.3.2 低温动态单轴拉伸力学性能变化

3.3.3 低温动态单轴压缩力学性能变化

3.4 低温动态单轴拉压细观损伤

3.4.1 单轴拉伸 脱湿 损伤临界应力

3.4.2 温度和应变率对低温动态单轴拉伸细观损伤的影响

3.4.3 单轴拉伸曲线的 双峰现象

3.4.4 温度加载方式对动态单轴拉伸细观损伤的影响

3.4.5 低温动态单轴压缩细观损伤

3.5 低温动态单轴拉压力学性能主曲线

3.5.1 移位因子确定方法及表达式

3.5.2 低温动态单轴拉伸力学性能主曲线

3.5.3 低温动态单轴压缩力学性能主曲线

3.6 低温动态单轴拉伸故障包络线

第 4 章 热老化 HTPB 推进剂低温动态单轴力学性能和细观损伤

4.1 引言

4.2 热老化后低温动态单轴拉伸曲线特性

4.3 热老化后低温动态单轴拉伸力学性能变化

4.3.1 温度和应变率对热老化后低温动态单轴拉伸力学性能的影响

4.3.2 热老化时间对低温动态单轴拉伸力学性能的影响

4.4 热老化后低温动态单轴拉伸细观损伤

4.4.1 细观损伤形式

4.4.2 细观损伤程度的分形分析

4.4.3 加载条件对力学性能影响的综合分析

4.5 热老化后低温动态单轴拉伸力学性能主曲线

4.6 热老化后低温动态单轴拉伸故障包络线

第 5 章 HTPB 推进剂低温动态准双轴力学性能和细观损伤

5.1 引言

5.2 低温动态准双轴拉伸曲线特性

5.3 低温动态准双轴拉伸力学性能变化分析

5.3.1 温度和应变率对低温动态准双轴拉伸力学性能的影响

5.3.2 多轴应力状态对低温动态拉伸力学性能的影响

5.4 低温动态准双轴拉伸细观损伤

5.5 低温动态准双轴拉伸力学性能主曲线

5.6 低温动态加载下强度准则

5.6.1 低温动态加载下单轴强度准则

5.6.2 低温动态加载下双轴强度准则

5.7 低温动态准双轴拉伸故障包络线

第 6 章 动态单轴拉伸加载下 HTPB 推进剂的本构模型

6.1 引言

6.2 动态加载下考虑热老化的线性热黏弹性本构模型

6.2.1 本构模型构建

6.2.2 模型参数求解

6.2.3 本构模型验证

6.3 动态加载下考虑热老化的含损伤热黏弹性本构模型

6.3.1 本构模型构建

6.3.2 模型参数求解

6.3.3 本构模型验证

第 7 章 动态单轴压缩加载下 HTPB 推进剂的本构模型

7.1 引言

7.2 室温动态加载下率相关超弹性本构模型

7.3 低温动态加载下含损伤热黏超弹性本构模型

7.3.1 含损伤的黏弹性本构模型

7.3.2 含损伤热黏超弹性本构模型

7.4 模型参数求解

7.4.1 模型参数求解算法

7.4.2 确定模型参数

7.5 本构模型验证

参考文献