Failure Prediction of Thermo-Chemically Decomposing Composite for Rocket Thermal Insulators

The theory developed in a preceding paper [1] for poroelastic composite material behavior under thermal and gas diffusion is applied to thermo-chemical decomposition of a carbon-phenolic composite rocket nozzle liner under typical operating conditions. Specifically, the structural component simulated is the cowl ring for which distributions of pressure in the material pores, temperature and across-ply stress are presented. The results for particular composite designs show that across-ply failure occurs due to tensile stress in the material which is indicative of plylift. This prediction corroborates observations of plylift in a nozzle cowl. Simulations suggest designs to avoid plylift in the cowl zone.

열경화성 복합재 로켓 방화벽의 파손 예측

카본-페놀릭 복합재로 제작된 로켓 방화벽이 운전조건 하에서 열-화학적 분해되는 것을 해석하기 위해 (1)의 논문에 기술된 열 및 기체확산을 수반하는 다공 탄성 복합재료의 거동이론을 적용하였다. 해석 대상의 구조 부재는 카울 링이며, 재료 내의 압력, 온도 및 층간 응력이 제시되었다. 특정 조건의 복합재 구조에 대한 해석의 결과는 재료 내의 발생하는 인장응력에 의해 플라이리프트를 나타내는 충간파손을 나타낸다. 해석 결과는 실제 구조의 파손과 모양 및 위치가 일치한다. 이 방법은 플라이리프트와 같은 파손을 피하기 위한 설계에 적용될 수 있다.