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固体火箭发动机推进剂因为质量较轻、性能稳定,广泛使用于火箭及战术战略导弹中。它是由韧性基质和随机分布的刚性颗粒混合而成的颗粒增强复合材料,弹性模量,强度和韧度得到了提高。固体火箭发动机推进剂在生产、运输、储存和勤务处理过程中,温度和载荷不断发生变化,过载冲击和温度伸缩变形被认为是造成裂纹和脱粘缺陷的主要原因。此类缺陷导致推进剂的力学性能降低,裂纹扩展形成的新增燃烧面可能造成过度加压,导致推进剂不均匀燃烧,明显改变发动机的推力特性,降低导弹的射程。在极端情况下,甚至可能会引起发动机外壳的失效,引起爆炸等灾难性事故。因此,含缺陷固体火箭推进剂的裂纹扩展规律和断裂韧度是发动机完整性和安全性研究的重要内容。本研究针对含缺陷的HTPB固体火箭推进剂,结合粘弹性断裂力学和国内外研究现状,研究了固体火箭推进剂断裂力学理论和测试方法,使用ANSYS软件数值计算检验了试验装置设计方案的可行性。采用多试样法和J积分测试法进行了断裂性能试验,研究了含单边裂纹的HTPB固体火箭推进剂拉伸试件和含双边裂纹的HTPB固体火箭推进剂脱粘试件的断裂力学行为。本文完成了以下主要工作：1.设计和加工了含缺陷HTPB固体火箭推进剂断裂试样、相应夹具及试验装置,建立了测试方案。2.研究了粘弹性材料断裂行为的数值模拟方法,建立了实际试验装置的全尺寸有限元模型,模拟实验装置能否实现拉伸试样的均匀应力场。并且模拟了实际试验装置在拉伸速率为3mm/min下粘弹性材料的应力-应变关系,数值计算结果与实验结果相符合。3.采用LS-DYNA模拟了发动机药柱在发射过程中的应变率状况,为固体火箭推进剂断裂试验提供加载速率范围的依据。4.针对含单边穿透裂纹的HTPB固体火箭推进剂单向拉伸试样,采用多试样法和J积分法进行了断裂试验。采用高速显微摄像跟踪法,实时观测了裂纹的启裂点,研究了推进剂试样的启裂断裂韧性。试验表明裂纹尖端的钝化现象明显,高速显微摄像跟踪法可以清晰地跟踪观测裂尖的钝化和启裂过程,较为快速准确地确定裂纹的启裂点。试验结果表明,固体推进剂材料的启裂点位置、启裂点处的载荷和启裂点断裂能等参数离散性较高,采用最小二乘法可以处理固体推进剂材料断裂性能的离散性。5.针对含单边穿透裂纹的HTPB固体火箭推进剂裂纹扩展试样,采用多试样法和J积分法进行了裂纹扩展试验。采用高速显微摄像跟踪法,实时跟踪拍摄了裂纹的扩展过程,实时观测了裂纹扩展量△a。采用最小二乘法和二项式拟合法,得出了HTPB固体推进剂裂纹扩展的速度曲线、钝化线和J积分阻力曲线。实验表明,推进剂裂纹尖端变形严重,裂纹扩展现象明显。6.针对含双边裂纹的HTPB固体火箭推进剂界面脱粘试样,采用多试件方法和J积分测试法进行脱粘试验,研究了界面裂纹预制方法,根据试验机得到的载荷-位移试验曲线和高速显微摄像跟踪观测到的界面裂纹扩展现象,观测了裂纹启裂点,实验测量了脱粘临界J积分值。