固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力数值仿真

为了分析某固体火箭发动机复合材料壳体承栽能力,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了数值仿真.计算分析表明,壳体铝裙尖端部位出现应力最大值和应力集中区,裙部变形不协调,结构设计不合理.有限元分析与实际试验结果具有很好的一致性,为该壳体结构的设计改进提供了理论依据.     

纤维缠绕固体火箭发动机壳体大变形有限元分析与仿真软件介绍

将全拉格朗日（Ｔ．Ｌ）法用于轴对称大变形问题，并对纤维缠绕固体火箭发动机壳体进行有限元分析，在此基础上完成了纤维缠绕复合材料壳体大变形有限元分析软件的编制，对壳体的缠绕情况，有限元网格划分、应力、应变、位移等的有限元计算进行一体化仿真。     

F-12/S-2混杂纤维复合材料壳体承载能力

为解决某型固体火箭发动机壳体承外载荷能力与质量系数难以协调的问题,通过试验测试了F-12纤维与S-2纤维层间混杂复合材料的抗压缩性能,利用混杂纤维优势提出了壳体改进方案,并进行了有限元分析。试验结果和有限元计算表明,壳体裙外铺层采用F-12/S-2混杂纤维,使壳体承外载荷能力大幅提高,混杂纤维优势得到充分发挥,解决了工程难题。     

尾段壳体与尾翼装配的协调性和互换性

介绍了某型号火箭的尾段壳体与尾翼装配的协调性和互换性工艺。由于接头孔是在接头固定到尾段壳体上以后再加工，工作环境恶劣，尺寸精度高，利用常规设备直接加工非常困难，于是用普通摇臂钻床，配上万向刀杆，带动扩孔钻和铰刀，进行接头孔加工，解决了对孔困难和加工中的卡刀现象，这样既简单，又实用，完全符合设计图纸的要求。     

固体火箭发动机复合材料壳体裙连接区结构数值分析

对某固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体轴压载荷作用下裙与筒段连接区(裙连接区)进行了有限元结构分析。依照壳体的结构特征和受力特性建立了裙连接区3D简化分析模型,通过对某芳纶纤维壳体仿真结果和实验数据的对比分析,验证了模型简化的合理性和有限元结果的正确性;最后对某炭纤维缠绕复合材料壳体裙连接区进行了数值分析和壳体连接区结构方案改进。结果表明,增加补强层厚度和提高补强层纤维模量可有效降低应变极值,改善结构应力分布,经改进的结构设计方案承载能力可提高20%。     

复合材料壳体固体火箭发动机温度载荷下力学响应分析

基于非线性有限元数值仿真分析方法，使用有限元计算软件ABAQUS，分别建立金属壳体与复合材料壳体两组发动机仿真模型，分析复合材料壳体固体发动机的结构完整性，并研究复合材料壳体的各项参数对于发动机装药和壳体的应力场的影响。分析结果表明:在温度载荷下，选用复合材料壳体的端燃装药固体发动机比选用金属材料壳体的发动机具有更好的结构完整性。随着复合材料壳体厚度的增大，装药的应力、应变值均增大，壳体的应力逐渐减小;随着复合材料壳体弹性模量增大或泊松比减小，装药的应力、应变逐渐减小，而壳体的应力、应变逐渐增大。     

固体发动机卡环连接结构大变形弹塑性有限元分析

对复合材料壳体与喷管的卡环连接结构进行了弹塑性大变形接触有限元理论分析模型的建立及有限元应力，应变数值分析。对复合材料壳体材料进行了等效正交各向异性轴对称材料模式分析；采用点点间隙单元，分析了卡环，接头及倒锥等多体接触问题。     

纤维缠绕复合材料壳体非线性有限元分析

通过数值计算，求得了纵向平面缠绕壳体的几何形状和缠绕角等，然后，利用退化壳单元对壳体进行了非线性有限元分析。     

复合材料壳体在水压和地面热试验状态下的大变形有限元分析

用等效正交异性轴对称八节点等参元对固体火箭发动机壳体进行了大变形有限元分析。首先计算了壳体承受内压作用下的应力与变形,并与其水压试验结果进行了比较,然后计算壳体在热试验状态下的应力与变形,也与其水压试验的计算结果进行了比较。     

固体发动机壳体工作状态塑性流动数值模拟

采用二维轴对称模型及有限元数值计算方法，对固体火箭发动机壳体在高压下的应力分布进行了分析和计算，获得了发动机壳体在工作条件下的塑性形变及应力场的分布。其结果可供基于塑性形变的壳体评估及可靠性设计参考。     

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力研究

为解决某型固体火箭发动机复合材料壳体承载轴压与弯矩能力不足问题,依据原壳体实体及其在轴压与弯矩联合载荷作用下的静力试验,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了静力计算和稳定性分析。计算分析表明,原壳体破坏的原因是层间剪切强度失效,复合材料基体开裂,局部屈曲和后屈曲破坏发生在铝裙尖端部位。提出用S-2玻璃纤维代替F12纤维做为裙外铺层改进原壳体结构,有效地约束了屈曲波形,提高了结构承载能力,解决了工程难题。     

复合材料壳体轴压稳定性分析

利用有限元结构分析法,引入线性屈曲模态作为结构的初始几何缺陷,对复合材料壳体的轴压稳定性进行了非线性分析。将计算结果与线性屈曲分析及实验结果进行了对比,结果表明,由于初始缺陷等非线性因素的影响,结构的线性临界载荷高于非线性临界载荷,进行非线性分析是必要的。文中对壳体承受轴压能力进行了初步估计,可为复合材料壳体的稳定性工程设计提供参考。     

维缠绕固体火箭发动机壳体爆破问题研究

本文采用大变形有限元方法进行纤维缠绕固体火箭发动机壳体的应力及爆破分析。采用最大应力强度准则进行单元失效判断，并引入合理的刚度衰退模型，从而较真实地模拟壳体的承载过程。在此基础上，重点讨论了材料性能、几休非线性对固体火箭发动机壳体封头部位相对承载能力的影响，特别是针对两个实际结构得出相反的影响结果，对结构的优化设计和实际应用的补强研究有指导意义。另外，从爆破的角度探讨了由模拟壳体外推真实固体火箭发动机壳体结构的合理性。     

复合材料壳体弹道侵彻数值模拟

采用LS-DYNA动力有限元软件显式算法,对芳纶纤维/环氧树脂复合材料壳体弹道侵彻进行了有限元数值模拟分析,获得了不同入射角及不同初始速度条件下枪弹在复合材料中的速度变化规律。计算结果表明,在入射角为90°、60°、30°3种状态下,在钨珠弹和穿甲弹垂直于壳体入射时,复合材料吸收能量最低,剩余速度最大;随入射角度的减小,子弹与靶体作用时间增加,动能损失较多,导致其剩余速度变小,减小到一定程度出现跳弹。计算获得了钨珠弹及穿甲弹垂直入射穿透该壳体时的临界速度,该计算结果与实验结果吻合较好。     

固体火箭发动机燃烧室过载下的三维应力分析

采用三维线性粘弹性有限元模型,对固体发动机药柱、绝热层和壳体的应力场进行了分析,得出了固体发动机在轴向和横向过载作用下的应力。结果表明,药柱的前后端、翼槽和壳体-绝热层交界面均是产生裂纹或脱粘的危险部位,为固体发动机的结构完整性分析和结构设计提供了依据。     

模拟壳体/燃烧室外压承载能力研究

为了研究固体火箭发动机的外压承载能力,了解药柱对燃烧室外压承载能力的贡献,文章对设计的模拟壳体和燃烧室进行了外压极限试验,得到了临界外压屈曲载荷.同时采用有限元软件进行了模拟壳体/燃烧室的外压稳定计算,计算结果与试验结果吻合较好.试验和计算结果都表明:虽然推进剂药柱模量较低,但其对燃烧室外压承载能力贡献较大.在固体发动机外压工况下的设计中,外压载荷指标不能仅分配给壳体,还需要综合考虑壳体与药柱的承载能力.     

脉冲发动机复合壳体的强度分析及优化设计

采用ANSYS有限元软件对脉冲发动机复合壳体进行了结构强度分析和优化设计。用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化；给出了复合壳体在临界压力载荷下的失效模式；分别在两种材料层中对最大应力约束下，以减少复合壳体的总质量为目标，对复合壳体的壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化，并对设计变量的敏感度进行了分析。计算结果表明，在工作压力载荷下，安装在轨姿控舱体内的脉冲发动机的强度可以满足设计要求；壁厚尺寸是关键的优化设计变量，优化后脉冲发动机复合壳体的总质量可减轻5．7％。理论分析结果与试验结果相吻合。     

大型薄壁缠绕型复材壳体的振动特性研究

为研究大型薄壁缠绕型复材壳体的结构振动特性,基于复合材料层合板理论,采用有限元方法建立了某型号整流罩壳体结构细观分析模型,开展了整流罩壳体的模态仿真,以工程中常用的随机振动输入条件进行了振动特性分析研究,并进一步仿真分析了铺层方式、壳体厚度等关键参数对于整流罩壳体结构振动特性的影响规律。结果表明:壳体厚度对整流罩壳体呼吸模态的影响较大,随着模态阶数的升高,在同一振型情况下,厚度对材料结构的性能影响愈来愈大,在工程中常用的随机振动输入条件作用下,厚度变化对结构低频振动响应的影响较小;铺层方式对整流罩壳体的振动特性影响显著,当0°、45°和90°铺层同时存在的情况下,其低频振动特性相对较好,故通过优化铺层方式来提高整流罩壳体刚性是更为有效的措施。     

炭纤维复合材料壳体封头新型环向补强的数值模拟及试验

针对内压承载工况下炭纤维复合材料壳体封头的补强问题,基于网格理论完成了不同封头补强方式的480 mm纤维缠绕壳体的设计;利用商业有限元软件Abaqus和二次开发语言Python建立了含有补强结构的复合材料壳体的细观仿真模型,并通过数值仿真方法对接头附近的封头环向、纵向补强结构的补强作用规律进行了计算研究;通过壳体产品研制和水压试验研究了不同补强方法的成型工艺性和对内压承载性能的提升效果。结果表明,采用环向补强技术的封头内压下具有更低的纤维方向应变和层间剪切应力;采用环向补强技术的封头内压下具有更大的轴向变形,更小的法向变形,与纵向补强方法结果相反;采用环向补强壳体的封头内压承载性能和稳定性能明显优于纵向补强方法;采用环向补强的复合材料壳体容器特征系数比纵向补强复合材料壳体提高了约5%。     

固体火箭发动机药柱加压固化仿真

对于药柱外/内径比(m数)很大的贴壁浇注式固体火箭发动机,在固化降温后,推进剂药柱内会产生显著的热应变,这严重限制了发动机的进一步高性能化。加压固化是一种降低推进剂药柱内热应变的有效方法。文中分析了加压固化的原理,推导出了加压固化所需压强与发动机参数之间的关系式,提出了一种两步分析法的加压固化有限元分析方法。针对4种不同壳体材料的圆管发动机,进行了加压固化理论计算与有限元仿真分析,给出了4种壳体加压固化时的推荐压强。