AP-HTPB 기반 고체 추진제의 기계적 특성 연구

Abstract

고체 추진제의 기계적 거동을 표현하는 비선형 초-점탄성 구성방정식을 제안하였다. 제안된 구성방정식은 손상을 받지 않은 초-점탄성 구성방정식에 반복 하중에 의해 발생하는 응력 연화 현상, 인장 변형을 받을 때 발생하는 체적 팽창 현상, 그리고 미시 역학적 손상으로 인한 재료의 연화 현상을 각각 별도의 연속체 손상 함수로 새롭게 정의하여 적용하였다. Mullins 효과로 대변되는 반복 하중 효과는 Ogden과 Roxburgh가 제안한 기존 연구 결과를 활용하였다. Ogden과 Roxburgh는 변형률 에너지 밀도 함수의 편차 부분에 부가적인 에너지 함수를 도입하는 방법을 사용했는데, 본 연구에서는 동일한 개념을 체적 팽창 손상 모델에 도입하여 고체 추진제의 체적 팽창 현상을 구현하였다. 재료의 연화 현상은 고체 추진제 내부의 입자형 강화제와 결합제의 계면 분리에 의해서 발생하는 현상으로, 본 연구에서는 탄성 계수 값에 곱해지는 새로운 손상 변수를 도입하여 구현할 수 있도록 하였다. 제안된 구성방정식의 적용성 확인을 위해 세 가지 AP-HTPB 계열 고체 추진제에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과를 이용하여 구성방정식 및 손상 모델에 사용할 재료 상수를 결정하였고, 실험 결과와 계산 결과를 비교 분석하여 제안된 구성방정식의 적용성을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 구성방정식은 여러 실험 조건에서 세 가지 고체 추진제의 거동을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.