推进剂是典型的粘弹性材料,它的失效和破碎会导致燃烧面积突然增大,使燃烧室压力增大,影响发动机预定推力,严重时,会引起爆炸等灾难性事故,所以,固体火箭发动机推进剂结构的粘弹性力学行为分析,尤其是含缺陷推进剂在轴向过载和复杂温度工况下的粘弹性力学行为分析是极其重要的。本研究以固体火箭发动机推进剂在火箭发射瞬间和飞行过程中常见的过载工况和复杂温度工况为工程背景,以含缺陷六面体推进剂试件和某型固体火箭发动机含缺陷推进剂试验模型为研究对象,对推进剂粘弹性理论,含缺陷推进剂断裂力学理论,影响推进剂力学性能的因素和热粘弹性结构分析的有限元理论基础作了综述,最后,应用ANSYS有限元分析软件,对两种含缺陷推进剂测试和试验模型的粘弹性力学特性进行了数值仿真研究。本文完成了以下主要工作:1.建立合理推进剂材料的粘弹性力学模型。根据国内外对推进剂材料粘弹性力学性能的研究结果,选择广义Maxwell线性粘弹性模型,采用二十个并联的Maxwell元件与一个弹簧元件并联的模型,它能比Maxwell线性粘弹性模型更适合较复杂的推进剂粘弹性力学行为的描述。2.建立了粘弹性有限元分析的力学模型。针对含缺陷六面体推进剂试件和某型发动机含缺陷推进剂试验模型建立了有限元分析的结构模型,根据单向拉伸,轴向过载,固化降温,低温拉伸和点火发射五种工况建立了三维粘弹性有限元分析力学模型。3.针对含缺陷六面体推进剂试件,采用三维粘弹性有限元方法,研究了单向拉伸,固化降温和低温拉伸三种工况下的粘弹性力学行为。通过对单向拉伸工况的计算分析,得到了随时间变化的应力场和应变场、最大应力和最大应变的位置和缺陷前缘高应变梯度区,并可根据计算结果估计裂纹开裂的方向。通过对固化降温工况的计算分析,得到了长时间变化的热应力场和热应变场,得到了降温收缩会导致裂纹区域应力增大的结论,并可根据裂纹降温收缩导致的高应变梯度计算分布规律,估计可能的裂纹开裂的方向。通过对低温拉伸工况的计算分析,得到了长期变化的机-热耦合应力场和应变场,并发现热应力是主要应力源,而机械应力退居为次要源。在降温幅度相等时,计算结果表明,低温拉伸工况和固化降温工况的应力和应变场比较接近。4.针对某型发动机含缺陷推进剂试验模型,根据结构的对称性,建立二分之一三维粘弹性有限元分析力学模型,研究了轴向过载,固化降温和点火发射三种工况下的粘弹性力学行为。通过对轴向过载工况的计算分析,得到了含缺陷推进剂试验模型随轴向过载变形下的位移场和应力场、最大应力和最大应变的空间位置和缺陷前缘空间高应变梯度区,也可根据计算结果估计裂纹开裂的空间方向。通过对固化降温工况的计算分析,得到了含缺陷推进剂试验模型长期变化的温度场、热应力场和热应变场,计算同时得到了降温收缩会导致裂纹区域应力增大的结论。通过对点火发射工况的计算分析,得到了热-机耦合瞬态应力场和瞬态应变场,并发现瞬态热应力是主要瞬态应力源,而瞬态机械应力是次要源。