Structural Behavior Examination of Frequently Used Solid Propellant Sections Under Centrifugal Loading Using Response Surface Method

Sık Kullanılan Katı Yakıt Geometrilerinin Dönme Yükü Altındaki Yapısal Davranışının Cevap Yüzeyi Yöntemi Kullanılarak İncelenmesi

Abstract

This research aims to examine structural responses of frequently used solid propellant sections such as tubular, star, slotted, wagon wheel, and anchor subjected to centrifugal acceleration load. Viscoelastic finite element models of the grains having different dimensions are constructed and solved in the Abaqus environment using in-house parametric Python scripts prepared within the content of this work. Validation of the finite element models is accomplished by comparing finite element results with an analytical equation found in the literature. Finally, different response surfaces are constructed in the Minitab environment to determine the effect of grain cross-section parameters on von Mises stress level of the propellant. Thus, the most effective cross-section parameters on von Mises stress are determined for the examined grain shapes.

Özet

Bu çalışma, dairesel, yıldız, oluklu, vagon tekeri ve çapa gibi kesitlere sahip katı yakıt geometrilerinin dönme yükü (merkezkaç kuvveti) altındaki yapısal cevaplarını incelemeyi amaçlamaktadır. Farklı kesit boyutlarına sahip viskoelastik katı yakıt modellerinin sonlu elemanlar analizleri, çalışma kapsamında hazırlanan parametrik Python kodları kullanılarak Abaqus ortamında gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar modelleme tekniğinin doğrulaması, literatürden temin edilen bir analitik eşitlik yardımıyla tamamlanmıştır. Son olarak, katı yakıtlara ait kesit parametrelerinin von Mises gerilme seviyesi üzerine olan etkilerini ortaya çıkartmak amacıyla Minitab ortamında farklı cevap yüzeyleri oluşturulmuştur. Böylece, incelenen yakıt geometrileri için von Mises gerilmesi üzerinde en yüksek etkiye sahip kesit parametreleri belirlenmiştir.