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蒙上阳，杨晓红，杨军辉著 著

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• 火箭发动机
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• 振动分析
• 材料力学
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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118106480

商品编码：29776717141

包装：平装

出版时间：2015-12-01

基本信息

书名：火箭发动机结构完整性评估数值方法

定价：82.00元

作者：蒙上阳,杨晓红,杨军辉著

出版社：国防工业出版社

出版日期：2015-12-01

ISBN：9787118106480

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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全书在阐述理论的基础上，主要侧重于工程应用，可供从事火箭弹发动机技术研究、设计、生产和检验的科技人员使用，也可供固体火箭发动机专业学者参考。

目录

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章 绪论
1.1 火箭发动机的结构特点
1.1.1 固体火箭发动机
1.1.2 火箭发动机
1.1.3 复合固体推进剂
1.2 固体火箭发动机的结构完整性评估
1.3 固体火箭发动机结构完整性评估进展
参考文献
第2章 黏弹性基本理论
2.1 黏弹性概述
2.2 黏弹性力学行为
2.2.1 蠕变
2.2.2 回复
2.2.3 应力松弛
2.3 线黏弹性本构关系
2.3.1 黏弹性模型表述
2.3.2 黏弹性积分型本构关系
2.4 高聚物的黏弹性力学性能及时温等效原理
2.4.1 高聚物力学性能的温度依赖性
2.4.2 时间-温度等效原理及WLF方程
参考文献
第3章 固体推进剂黏弹性增量有限元方法
3.1 基于Burgers模型的黏弹性增量有限元方法
3.1.1 Burgers模型的增量型本构关系
3.1.2 有限元方程
3.2 基于Boltzmann原理的黏弹性增量有限元方法
3.2.1 Boltzmann叠加原理和积分型本构方程
3.2.2 有限元方程
3.3 不可压缩或近似不可压缩黏弹性增量有限元方法
3.3.1 不可压缩或近似不可压缩黏弹性材料的本构方程
3.3.2 有限元方程
3.4 固体推进剂力学性能测试
3.4.1 固体推进剂应力松弛模量的试验测量
3.4.2 应力松弛模量的Prony级数拟合
3.4.3 Burgers模型参数的获取
参考文献
第4章 火箭发动机结构完整性评估判据
4.1 固体推进剂药柱破坏分析
4.1.1 推进剂药柱破坏性能
4.1.2 固体推进剂破坏准则
4.2 火箭弹发动机失效模式及失效判据
4.2.1 无缺陷火箭弹发动机结构完整性破坏的主要模式及判据
4.2.2 含缺陷火箭弹发动机结构完整性破坏的主要模式及判据
参考文献
第5章 无缺陷火箭弹发动机结构完整性评估
5.1 火箭弹发动机三维有限元模型的建立
5.1.1 火箭弹发动机的几何构型
5.1.2 建立发动机药柱三维有限元模型的方法
5.1.3 计算基本假设
5.2 火箭弹发动机结构完整性分析的载荷及边界条件
5.2.1 温度载荷
5.2.2 点火发射时的燃气内压载荷
5.2.3 轴向加速度载荷
5.2.4 复合载荷
5.2.5 边界条件处理
5.3 复合载荷作用下火箭弹发动机结构完整性评估
5.3.1 高温、常温和低温点火发射时发动机位移场
5.3.2 高温、常温和低温点火发射时发动机应力场
5.3.3 高温、常温和低温点火发射时发动机应变场
5.4 材料特性对火箭弹发动机结构完整性的影响
5.4.1 温度载荷作用下材料性能参数对结构完整性的影响
5.4.2 内压载荷作用下材料性能参数对结构完整性的影响
5.5 基于结构完整性的药型改进与设计
5.5.1 温度载荷下人工脱黏层佳深度的获取方法
5.5.2 低温环境下火箭弹发动机药柱伞盘结构设计
参考文献
第6章 含典型缺陷的火箭弹发动机结构完整性评估
6.1 含裂纹体的有限元方法
6.1.1 内嵌裂纹的裂纹元
6.1.2 含裂纹黏弹性体的有限元方法
6.1.3 裂纹J积分的有限元计算方法
6.2 发动机药柱表面裂纹对结构完整性的影响
6.2.1 发动机药柱前翼槽表面裂纹
6.2.2 发动机药柱伞盘表面裂纹
6.2.3 发动机药柱圆柱段中部表面裂纹
6.2.4 发动机药柱后翼槽表面裂纹
6.3 药柱界面脱黏裂纹对结构完整性的影响
6.3.1 发动机药柱含界面脱黏裂纹的有限元计算模型
6.3.2 发动机前包覆层与推进剂界面脱黏裂纹扩展趋势分析
6.3.3 发动机后包覆层与推进剂界面脱黏裂纹稳定性分析
6.4 其他典型缺陷对药柱结构完整性的影响
6.4.1 药柱表面划伤对结构完整性的影响
6.4.2 药柱含内聚空洞对结构完整性的影响
6.5 发动机药柱裂纹J积分计算及稳定性评估
6.5.1 发动机药柱前翼槽底部裂纹的稳定性评估
6.5.2 发动机药柱伞盘裂纹的稳定性评估
6.5.3 发动机药柱圆柱段中部裂纹的稳定性评估
6.5.4 发动机药柱前人工脱黏层裂纹的稳定性评估
参考文献
第7章 自由装填式火箭弹发动机结构完整性评估
7.1 计算模型
7.2 载荷工况
7.3 复合载荷作用下自由装填式火箭发动机的结构完整性评估
7.3.1 发动机点火发射时药柱位移场
7.3.2 发动机点火发射时药柱von Mises应力场
7.3.3 发动机点火发射时药柱von Mises应变场
7.3.4 点火压力对发动机结构完整性的影响
参考文献
第8章 火箭发动机喷管结构完整性评估
8.1 喷管温度和传热分析
8.1.1 燃气的温度和压强分布
8.1.2 燃气和喷管内壁的传热
8.1.3 计算分析单位制
8.2 计算模型
8.2.1 计算基本假设
8.2.2 有限元计算模型
8.2.3 载荷工况
8.2.4 材料力学性能参数
8.2.5 喷管热分析和结构分析评估准则
8.3 喷管温度场计算与分析
8.3.1 发动机点火工作10s时喷管的温度场
8.3.2 发动机点火工作20s时喷管的温度场
8.3.3 发动机点火工作240s时喷管的温度场
8.4 喷管在温度和燃气压力作用结构完整性评估
8.4.1 发动机点火工作10s时喷管的变形和应力
8.4.2 发动机点火工作20s时喷管的变形和应力
8.4.3 发动机点火工作240s时喷管的变形和应力
参考文献
第9章 火箭弹发动机数值仿真实现
9.1 MSC.Nastran在黏弹性分析中的应用
9.1.1 创建几何模型
9.1.2 划分有限元网格
9.1.3 赋予边界条件及载荷工况
9.1.4 定义材料属性
9.1.5 定义单元特性
9.1.6 定义分析类型提交MSC.Nastran求解
9.1.7 查看分析结果及数据采集
9.2 MSC.Marc在黏弹性分析中的应用
9.2.1 创建几何模型及有限元计算模型
9.2.2 赋予边界条件及载荷工况
9.2.3 定义材料属性
9.2.4 设置求解载荷工况
9.2.5 定义单元特性
9.2.6 提交MSC.Marc求解
9.2.7 查看分析结果及数据采集
9.3 MSC.Nastran与MSC.Marc结合求解裂纹J积分
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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好的，这是一本关于火箭发动机结构完整性评估数值方法的图书简介，内容详实且避免提及您提供的书名。 《先进航空航天器热结构系统可靠性分析与设计方法》 内容概述 本书聚焦于现代航空航天器中至关重要的热结构系统，深入探讨了其在极端服役环境下的可靠性评估、损伤演化及寿命预测等关键技术。随着航空航天装备向更高速度、更高推重比和更长任务周期的方向发展，结构系统所面临的热载荷、机械载荷以及环境载荷的耦合效应日益复杂。传统的工程经验和简化分析方法已难以满足对系统安全性和经济性的严苛要求。因此，本书旨在提供一套全面、系统的数值计算框架和先进的分析技术，用以精确评估和优化热结构组件的性能。 本书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到前沿应用的多个层面，特别强调了多场耦合作用下的材料本构行为和结构响应预测。全书内容深度与广度兼备，不仅适用于科研人员和高校师生，也为航空航天工程领域的结构设计、分析及验证工程师提供了宝贵的参考资料。 核心章节与技术要点 第一部分：热结构系统的基础理论与材料行为 本部分奠定了分析的基础，深入剖析了在高速飞行、再入大气层或高能推进过程中，结构材料所经历的复杂热力学过程。 1. 极端环境下的传热学与热流分析： 详细阐述了非稳态对流换热、辐射换热的精确建模，特别关注了再入环境中的高焓气动加热和材料表面烧蚀效应。引入了先进的有限体积法（FVM）求解器，用于模拟复杂几何体表面的热边界条件。 2. 高温与蠕变材料本构模型： 针对耐热合金、陶瓷基复合材料（CMCs）和碳/碳（C/C）复合材料，系统地介绍了考虑温度依赖性的弹塑性、粘塑性及蠕变本构关系。着重讨论了基于微观机制的宏观模型推导，如时间-温度等效原理（TTSP）在蠕变寿命预测中的应用。 3. 复合材料损伤演化机制： 深入研究了层合复合材料在热-力耦合载荷下的基体开裂、纤维/基体脱粘及分层等损伤模式。提出了基于能量释放率和内聚力模型的损伤演化有限元框架，用以描述损伤起始、扩展直至结构失效的完整过程。 第二部分：多场耦合的数值分析方法 本部分是全书的技术核心，详细介绍了用于解耦和耦合求解热、力、场变量的数值技术，确保分析结果的准确性和可靠性。 4. 热-机械耦合的有限元分析（FEA）： 阐述了全隐式和显式耦合方案的构建，讨论了如何精确处理热应力与机械应力之间的相互影响。重点介绍了非线性几何效应（如大变形）和接触问题的处理，这在活动部件（如阀门、喷管机构）的分析中至关重要。 5. 气动-热-结构耦合（Aero-Thermo-Elasticity, ATE）： 针对飞行器气动外形热载荷，详细介绍了流固耦合（FSI）分析的数值技术。讨论了基于分区算法（Partitioned Approach）和单方程算法（Monolithic Approach）的耦合求解策略，尤其关注了超/高音速飞行中的颤振与气动弹性稳定性问题。 6. 残余应力与热历史效应的评估： 针对焊接、增材制造（AM）或热处理过程引入的残余应力，提出了基于热力学历史的损伤累积模型。利用增量加载技术，评估了残余应力对结构疲劳寿命和静态承载能力的影响。 第三部分：系统可靠性与寿命预测 本部分将前期的分析结果转化为实际的工程决策依据，侧重于风险量化和结构寿命保障。 7. 疲劳寿命的概率预测模型： 针对随机载荷谱和材料疲劳特性，引入了概率密度函数（PDF）和可靠性指标（Reliability Index）的概念。详细介绍了基于应力-应变历史的线性累积损伤理论（如Miner法则）及其局限性，并介绍了更先进的断裂力学疲劳模型。 8. 断裂力学与裂纹扩展分析： 深入探讨了关键结构件（如承力框、涡轮叶片）的裂纹萌生和扩展行为。应用了弹塑性断裂力学（EPFM），侧重于使用J积分和裂纹尖端张开位移（CTOD）参数来评估结构对已存在缺陷的容限。对于复合材料，重点分析了模式I、II、III的混合型载荷下的分层扩展。 9. 结构健康监测（SHM）与寿命更新： 将数值分析与实际监测数据相结合，介绍了如何利用传感器数据（如应变、温度、超声波）对预测模型进行实时校准和修正。讨论了基于贝叶斯框架的结构状态评估方法，以实现对剩余寿命的动态更新和风险管理。 特色与创新点 本书的显著特点在于其高度的工程实用性和对前沿数值工具的深度整合。它不仅仅停留在理论阐述，而是提供了大量经过验证的算法流程和案例研究，展示了如何利用高性能计算平台（HPC）解决实际工程中的复杂热结构问题。通过清晰的数学推导和直观的图表解释，读者可以建立起从微观材料行为到宏观系统可靠性的完整认知链条。本书为推进航空航天器设计从“试错法”向“预测性设计”的转变提供了坚实的理论和方法支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本《火箭发动机结构完整性评估数值方法》简直是一扇通往尖端工程技术的大门，我最近刚开始涉猎这个领域，原本觉得会像啃一本枯燥的说明书，没想到读起来颇有意思。尽管我对于书中的具体数值计算和复杂方程还处于摸索阶段，但作者通过大量的案例分析和图示，将火箭发动机这个庞大而精密的系统拆解得细致入微。我尤其被书中对材料疲劳、热应力以及振动载荷如何影响发动机结构稳定性的深入剖析所吸引。那些关于材料选择、制造工艺以及长期服役对结构寿命的影响的讨论，让我对火箭发动机的可靠性有了全新的认识。虽然我无法完全理解每一个公式背后的深层含义，但书中所展现出的严谨的科学态度和对工程实践的深刻洞察，足以让我感受到作者的专业功底。它让我明白，每一次成功的发射，背后都凝聚着无数工程师的智慧和心血，以及对每一个细微之处的精益求精。这本书不仅仅是技术手册，更像是一次关于航空航天工程核心问题的思想启迪。

评分☆☆☆☆☆

最近有幸拜读了《火箭发动机结构完整性评估数值方法》，这本书给我的感受可以用“豁然开朗”来形容。尽管我并非直接从事火箭发动机的设计或制造，但作为一名对航空航天领域充满好奇的爱好者，我一直对支撑这些宏伟机器运行的背后原理感到着迷。这本书以一种非常系统的方式，将结构完整性评估这个听起来颇为艰深的概念，通过数值方法这一强大的工具，变得相对易于理解。作者在开篇就点明了数值模拟在现代工程设计中的核心地位，并详细介绍了不同数值方法的原理和适用性，例如有限元分析在模拟复杂应力分布上的优势，以及计算流体力学在评估气动载荷影响时的关键作用。我尤其印象深刻的是关于材料失效模式的探讨，从断裂韧性到疲劳寿命预测，每一个环节都被赋予了严谨的量化依据。虽然我可能无法立即运用书中的方法解决实际问题，但它极大地拓宽了我的视野，让我看到了工程问题是如何通过科学的建模和精密的计算来寻求最优解的。

评分☆☆☆☆☆

《火箭发动机结构完整性评估数值方法》这本书，简直是一场思维的盛宴。我一直对那些推动人类探索太空的巨大引擎充满敬畏，而这本书则将这种敬畏感升华为一种对工程智慧的理解。作者在文中描绘了这样一个世界：每一个细小的裂纹，每一次微小的变形，都被置于显微镜下进行审视，并通过强大的数值工具进行预测和规避。书中关于载荷谱分析和可靠性理论的部分，让我对“结构完整性”这一概念有了更深刻的体会。它不仅仅是材料强度的问题，更是对整个生命周期内各种不确定因素的综合考量。我尤其欣赏书中对于不同数值算法的权衡和选择的讨论，这显示了作者并非机械地罗列公式，而是真正理解不同方法论的精髓和局限性，并能根据具体工程需求做出明智的决策。虽然我可能需要花费大量时间来消化书中的数学推导，但其所展现出的对工程问题的深刻理解和解决路径，已经让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书《火箭发动机结构完整性评估数值方法》是我近期读到的最具启发性的技术专著之一。作为一名身处相关行业，但并非直接从事结构分析的工程师，我长期以来都对其核心理论和方法论感到好奇。书中关于如何将复杂的物理现象，如高温、高压、强振动等，转化为可以进行数值求解的模型，给我留下了深刻印象。作者在介绍有限元方法时，不仅仅是给出公式，而是非常细致地讲解了单元选择、网格划分、边界条件设定等一系列影响计算精度的关键步骤。对于我来说，最吸引人的部分是书中对不同载荷工况下的应力应变响应的模拟分析，以及如何基于这些结果来评估结构的剩余寿命。这让我明白了，火箭发动机的可靠性并非一蹴而就，而是通过精密的数值模拟和反复的验证，一点一滴建立起来的。

评分☆☆☆☆☆

读罢《火箭发动机结构完整性评估数值方法》，我深感这不仅仅是一本关于数值方法的书籍，更是一本关于工程哲学和严谨思维的书。作者以极其系统和深入的视角，剖析了火箭发动机这个复杂系统在极端环境下如何保持其结构完整性。书中关于材料非线性行为、结构动力学以及疲劳损伤累积的数值模拟技术，虽然在我目前的知识体系中仍有许多待深入学习之处，但其所展示出的解决复杂工程问题的逻辑和方法，无疑为我打开了一扇新的大门。我特别注意到作者在书中多次强调的“迭代优化”和“误差控制”的重要性，这让我明白了工程设计并非一劳永逸，而是一个不断追求卓越、精益求精的过程。这本书让我看到了科学理论如何与工程实践紧密结合，共同构筑起人类探索未知世界的坚实基础。