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固体火箭发动机设计的核心部分是装药设计。装药的尺寸形状可以确定发动机的工作压强和推力随时间的变化规律,也可以确定发动机的体积分数和结构完整性,可见装药设计的好坏决定了发动机的内弹道性能和其它技术指标的优劣。在装药设计技术满足内弹道性能前提下,一般通过装药结构完整性分析来校核药形设计。但事实上,内弹道性能优良的装药一般会因增加发动机的体积装填分数而加大装药的结构响应,难以满足结构完整性要求。为了解决药形设计中这一难点,本文开展了仿真分析方法的应用研究,编写了发动机参数化建模程序,并用于药形结构响应分析和药形参数灵敏度分析,并结合遗传算法进行了考虑结构完整性、药柱燃面变化规律和装填分数的药形优化设计,最后结合开发的分析软件对冷气增压过程中药柱的力学性能进行了分析研究。本文采用的方法对发动机药形设计具有一定的工程应用价值。主要研究内容为:(1)利用ABAQUS软件的二次开发工具Python实现了固体火箭发动机参数化建模技术,编写了星孔装药、车轮形装药和翼柱形装药发动机的三维参数化建模程序,可以根据药形几何参数自动建立有限元模型,并进行分析计算。将其应用于三维星孔药柱的结构完整性分析中,给出了星孔装药在不同载荷下的力学特性。(2)利用编写的星孔装药、车轮形装药和翼柱形装药发动机的三维参数化建模程序,结合向前差分法对三种装药的几何参数进行了灵敏度分析。研究了药柱的最大Von Mises应变和通气参量随几何参数的变化规律,得到了几何参数的灵敏度系数,并确定了药柱的关键几何参数。(3)介绍了几种优化算法,并将遗传算法与固体火箭发动机参数化建模方法相结合,得到了药形结构优化设计方法,同时结合药柱结构完整性、药柱燃烧面积和体积装填分数的要求,得到了星孔、车轮形和翼柱形药柱满足燃面变化需求和装填分数要求的最优εvmax结果,并且给出了最优药形结构参数。(4)将建立的固体火箭发动机参数化建模软件与发动机冷气增压实验相结合,将实验获得的压力数据直接应用于发动机力学性能仿真计算,得到了发动机点火过程中,药柱受瞬态非均布载荷下的力学性能,并通过仿真结果与实验结果对比验证固体火箭发动机参数化建模程序的可靠性与实用性。