对火箭武器的远程化、轻型化要求,使得高能固体推进剂得到广泛的应用。其中NEPE固体推进剂,即硝酸酯增塑的聚醚聚氨酯(Nitrate Ester Plasticized Polyether)推进剂,由于其力学性能优良、密度较大以及比冲高等优点是最具有发展潜力的一类固体推进剂,也代表了近期固体推进剂发展的方向。为了更好的将这一新型推进剂应用于固体火箭发动机,需对其力学性能开展研究,并在此基础上建立相应的数学模型,以期解决NEPE推进剂的装药结构完整性问题。然而复杂的微观结构导致了 NEPE推进剂力学性能的复杂性,给推进剂的力学性能研究带来难度。因此,本文开展了 NEPE推进剂的宏观力学性能研究,主要包括以下内容:(1)进行了 NEPE推进剂力学性能的实验研究。通过低温、高温、常温时不同应变率下的NEPE推进剂单轴拉伸实验,得到NEPE推进剂的力学性能具有明显的率相关性与温度相关性,NEPE推进剂的屈服应力、初始模量、断裂应力均与应变率的对数呈线性关系,但材料的屈服应变和断裂应变与应变率没有明显的率相关性;松弛实验结果表明NEPE推进剂有明显的应力松弛现象,并用孟-Sorvari法获取了 Prony级数形式的松弛模量;多步松弛实验获取的平衡应力在变形较大时与极慢速拉伸结果有明显差异,是由于同等应变下的多步松弛实验造成的损伤大于极慢速拉伸试验造成的损伤所导致的;分别用过应力和应力比表征多步松弛实验的松弛特性,过应力随着应变先增加而后趋于平稳,而不同应变下的应力比没有统计学上的明显差异;可以推断损伤会引起平衡应力的变化,并不能引起松弛的时间特性的变化;在加载-卸载试验中材料表现出明显的Mullins效应,呈现出应力软化及明显的瞬时残余应变等现象。(2)基于本构模型的基本理论,建立了含体积膨胀损伤的粘-超弹本构模型。首先利用唯象学理论提出了一种粘-超弹本构模型,但由于模型不含损伤参量,不能较好的描述材料在有限变形下的力学性能;而后,利用热力学原理提出一种基于自由能理论的粘-超弹本构模型,通过分析材料的损伤及内部破坏形式,提出了一种含材料体积膨胀的损伤函数并应用到本构模型中,这种含损伤的粘-超弹本构模型能够准确预测材料单轴等速率拉伸及材料变速率拉伸-松弛过程的力学性能,满足工程应用的需求。(3)开展了 NEPE推进剂粘-超弹本构模型的数值计算方法研究。基于Abaqus有限元软件,编写了 UMAT子程序,并应用子程序对单轴拉伸及变速率拉伸进行仿真,数值仿真结果与实验结果吻合较好,说明本文提出的本构模型及其有限元计算方法是正确有效的。(4)开展了 NEPE推进剂粘-超弹本构模型的数值应用相关研究工作。仿真结果能够准确反映简单结构件的应力集中及应变集中现象,同时仿真得到的结构件在拉伸方向的反力与实验所得到的吻合较好;在切口件的实验及仿真结果均反映出切口件的应力集中系数对切口件的强度有显著影响,表明NEPE推进剂为切口敏感性材料;对不同星孔参数NEPE推进剂装药进行数值仿真分析,数值仿真结果能够反映出星孔装药在内压作用下的力学响应,得到了星孔装药结构强度随星孔参数变化的规律。研究结果表明,本文所建立的本构模型及其数值计算方法,能够准确描述NEPE推进剂的力学性能,并且能够有效应用于NEPE推进剂装药结构强度的数值计算,为含NEPE推进剂装药的发动机结构强度分析提供理论依据。