随着固体火箭武器系统战术技术指标要求的不断提高，固体火箭发动机开始向着高装填密度、大长径比、大肉厚、高固体含量推进剂装药的方向发展，随之而来的是装药应力、应变分布局部集中，所承受载荷加剧等问题。固体推进剂装药在生产、运输、贮存和使用过程中可能会产生一定的微小裂纹，这些微小裂纹在发动机点火冲击作用下可能会向装药内部扩展，从而造成燃面迅速扩大、燃烧室压力骤增，影响发动机内弹道性能，甚至影响到发动机的安全工作。因此如何预测推进剂装药中裂纹的萌生和扩展在固体火箭发动机装药结构完整性分析中显得十分重要。本文针对这一问题开展了HTPB推进剂开裂过程的实验和仿真研究，全文的主要研究内容包括以下几个方面:　　 (1)基于HTPB推进剂微观损伤机理建立了一种损伤粘超弹本构模型。通过基于遗传算法的松弛数据获取方法，获得了HTPB推进剂的粘弹性本构参数，并通过拉伸实验确定了损伤函数。推导了所建立本构模型的有限元数值计算方法，获得了材料的应力更新表达形式和Jacobian矩阵。使用ABAQUS软件的用户自定义材料子程序UMAT实现了损伤粘超弹本构模型的有限元计算，并且通过实验验证了模型的准确性。　　 (2)通过单轴拉伸实验、单边裂纹拉伸实验分别测定了HTPB推进剂的最大断裂强度、J积分和应力强度因子。获得了不同应变速率下的HTPB推进剂强度参数和断裂韧性参数，并分析了应变率对推进剂断裂韧性的影响，为HTPB推进剂断裂模型的建立提供了详细的实验参数。　　 (3)建立了粘聚区模型的数值仿真方法。推导了粘结面单元的有限元离散过程，使用ABAQUS用户自定义单元子程序UEL将粘聚区断裂模型应用于有限元仿真。分析了粘聚区本构参数对材料宏观断裂特性的影响。建立了率无关的HTPB推进剂粘聚区断裂模型，并通过实验和反演识别的方法获得了粘聚区本构参数。分别使用预置粘结面单元法和大规模插入粘结面单元法对裂纹扩展方向已知和未知情况下的开裂过程进行了数值仿真，成功预测了HTPB推进剂的开裂过程。　　 (4)建立了基于流变学模型和率无关模型的粘聚区断裂模型，该模型包含了HTPB推进剂断裂过程中的应变率效应。通过实验和数值仿真的方法获得了模型中的本构参数，对率相关粘聚区本构模型中的参数进行了敏感性分析，得到了参数变化对粘聚区力学行为的影响。　　 (5)对包含初始裂纹和不含初始裂纹的HTPB推进剂拉伸破坏过程进行了数值仿真，成功模拟了不同拉伸速率下HTPB推进剂断裂破坏的完整过程，模拟结果较好地反映出了HTPB推进剂断裂的率相关特性。通过仿真结果和实验结果的对比发现，本文所建立的损伤粘超弹本构、率相关粘聚区断裂模型可以反映出HTPB推进剂的损伤力学特性和断裂特性。将上述本构模型嵌入ABAQUS中的UMAT和UEL二次开发程序可以较好地模拟出HTPB推进剂的开裂过程。　　 总之，本文所建立的研究方法、推进剂损伤本构、粘聚区断裂模型和仿真分析方法为装药结构完整性分析奠定了良好的理论依据，为装药结构设计和制造过程提供了一定的技术支持。