A New Approach to Crack Growth in rubbery composite propellants

Abstract

Eine neue Betrachtung zum RiAwachstum in kautschukartigen Com- posit-TreibstoffenUnter Spannungsbeanspruchung zeigen die modernen kautschukartigen Composit-Treibstoffe ein ausgepragtes raumlich-unelastisches Verhalten, d. h. Hystereseerscheinungen treten auf. Daher sind die bruchmechanischen Parameter, die ermittelt werden unter Annahme eines linear-elastischen Bruchverhaltens, unzureichend. In der vorliegenden Arbeit wird eine quantitative Analyse entwickelt, welche ein raurnlich-plastisches Bruchverhalten beriicksichtigt. Die damit ermittelte Bruchenergie G, kann als reine WerkstoffkenngroBe angesehen werden, da sie unabhangig von der Probenform und den Belastungsbedingungen ist. Nur solche Methoden, welche die raumliche Plastizitat der Treibstoffe beriicksichtigen, werden genaue und brauchbare Werte von G, liefern. Sie konnen angewendet werden fur funktionsfahige Dimensionierungen und zu Lebensdauervorhersagen von Bauteilen. Une nouvelle approche de la croissance des fHsures dans les poudres propulsives composites B liant caoutchoutiqueSous contrainte les poudres propulsives modernes B liant caoutchoutique present dans leur masse un comportement intlastique typique, c'est-&dire des phtnomenes d'hysttrtsis. De ce fait, leur comportement ne peut pas Ctre caracttrist par les seuls criteres de rupture qui supposent un comportement tlastique lintaire. Dans la prtsente ttude on dtveloppe une analyse quantitative qui tient compte d'un comportement plastique spatial. L'tnergie de rupture G, dtterminte par cette mtthode peut &re considtrte comme une caracttristique ne dtpendant que de la nature du mattriau, puisqu'elle n'est influencte ni par la forme de l'tchantillon, ni par les conditions de sollicitation. Seules des methods de ce genre qui tiennent compte de la plasticitt spatiale des poudres propulsives, sont susceptibles de fournir des valeurs prtcises et utilisables de G,. Elles constituent un outil pour dtfinir les dimensions approprites d'une charge et pour prtvoir sa durte de vie. Notationa crack length a crack velocity b specimen thickness e strain e strain rate e, k constant 1 specimen length tP t, A area A, cross-sectional area & + A8 constants F work done G C fracture energy H 4,critical strain for crack propagation time under constant load time for specimen unloading hysteresis, or loss, strain-energy density stress-intensity factor for crack growth Summary w, U load, or force load associated with inelastic bending effects true load for crack propagation measured load for crack propagation load associated with weight redistribution of specimen bend radius rate of bending strain-energy density value of W for crack propagation input strain-energy density recoverable strain energy density value of W, for crack propagation available elastic energy surface free energy extension ratio extension ratio for crack propagation fracture stress Upon being stressed, modern rubbery composite propellants typically exhibit pronounced bulk inelastic behaviour, ie hysteresis occurs. Hence, fracture mechanics parameters asce...