推进剂贮箱锥柱形金属膜片的翻转特性研究

基于MSC.Marc非线性有限元软件,对推进剂贮箱锥柱形金属膜片的变形进行仿真研究。模拟了膜片的翻转变形过程,分析了膜片翻转变形规律和失效因素,提出了膜片有效稳定翻转的条件。     

钛制金属贮箱膜片的有限元分析

为了优化钛制金属膜片设计,基于有限变形理论,采用大变形弹塑性有限元方法,对金属膜片的翻转过程进行了数值模拟,分析了膜片结构对其翻转行为的影响。仿真计算结果表明,支撑结构及贮箱内壳体的限位设计是保证半膜实现多次反复平稳翻转的重要部件。通过试验验证了钛制金属膜片的翻转过程。     

金属膜片贮箱膜片变形的数值模拟与失效分析

根据弹塑性有限变形理论，用有限元法建立了卫星推进系统贮箱金属膜片变形的有限元分析模型。在一定条件下，模拟了贮箱金属膜片的变形翻转过程，分析其翻转的特点，以及变形过程中表面压力、顶点径向位移和卷边处应力的变化，并给出了膜片失效原因。研究表明，数值模拟与试验结果较为吻合，所建分析模型合理。     

隔舱式脉冲发动机金属膜片破裂仿真研究

为实现隔舱式脉冲发动机的多脉冲开启功能,设计了十字型、V字星型、米字型、圆弧星型、矩形星型和星圆复合型金属膜片式隔舱结构。根据平板脆性断裂模型的表面裂纹参数的计算公式,分析得到了金属膜片裂纹深度b与临界应力σ_c的关系及临界应力σ_c、临界尺寸a_c与临界应力强度因子K_(IC)的关系;通过三维有限元数值仿真的瞬态动力学分析,发现了六种金属膜片应力均集中在膜片中心及沟槽部位,膜片将首先从这些部位裂开;探索了一种预估金属膜片打开压强的方法,即通过模拟不同峰值压强下膜片的最大主应力,得到最大主应力-峰值压强曲线,则该曲线与临界断裂应力直线的交点对应的压强值,就是金属膜片的打开压强。由此得到了六种结构类型金属膜片的Ⅱ脉冲打开压强预估值,用该方法预估的膜片打开压强1.25 MPa与实际发动机打开压强1.4 MPa相近,表明该预测方法是可行的。     

金属膜片贮箱膜片的数值仿真与试验验证

金属膜片贮箱中,膜片工作过程的设计计算至关重要,其翻转过程涉及到材料非线性、几何非线性等强非线性因素,传统的解析方法难以完成这样的计算。采用大变形弹塑性有限元法,用MSC.MARC软件对膜片的变形进行数值仿真,实现了膜片的翻转计算。膜片的翻转试验表明,数值仿真与试验结果吻合较好,分析方法合理可行。     

厚度梯度对钛制椭球形膜片翻转性能的影响分析

金属膜片是推进剂贮箱的重要组成部件。为研究椭球形金属膜片式贮箱的膜片翻转特性,通过MSC.marc软件,采用大变形弹塑性有限元法对不同厚度膜片的翻转过程进行仿真。结果表明:膜片采取适当的渐变厚度设计可修复翻转过程中的不对称变形,厚度梯度变化会影响膜片翻转压差与膜片型面的稳定性。     

金属膜片充压翻转的动态仿真方法研究

弧长法是目前膜片翻转仿真使用最普遍的方法,但该方法存在收敛性差、计算效率低等问题。基于理想气体状态方程,建立锥柱形金属膜片充压翻转的流固耦合有限元模型,提出膜片充压翻转的显式动态仿真法。通过与基于准静态分析的弧长法分析结果和实验结果的对比,验证了显式动态仿真结果的合理性。研究了充气速度对膜片翻转过程中压差曲线和偏心程度的影响。所提方法计算效率高,解决了目前仿真分析中存在的收敛性问题,为金属膜片设计提供了一种重要的仿真技术手段。     

脉冲发动机中金属膜片式隔舱动态破坏过程研究

为了实现固体火箭发动机的多脉冲启动功能,设计了一种金属膜片式隔舱(PSD)结构,利用断裂力学理论和圆板大挠度理论建立了金属膜片的设计公式,根据燃烧室的使用要求确定了打开压强为2.2 MPa的金属膜片尺寸,利用脆性断裂模型模拟了膜片的破坏过程,得到其打开压强为2.15 MPa,有限元数值计算结果与公式计算结果符合较好。设计了金属膜片打开破坏的单项试验,5次试验平均打开压强为2.10 MPa,数值模拟的破坏形式与试验结果一致。通过区间估计,计算了膜片真实平均打开压强置信度为90%的置信区间为[1.90 MPa,2.30 MPa],该范围可以较好满足脉冲发动机的使用要求。     

某面包车弯曲刚度有限元分析

首先对面包车白车身进行有限元建模,用Nastran软件进行弯曲刚度计算,然后对计算结果进行分析,得到了该车弯曲刚度变形图和应力变形云图,并计算出该车的弯曲刚度数值,结果表明弯曲刚度高于目标值,弯曲刚度足够,结构可靠。用有限元方法为该车结构改进设计提供了理论依据。     

膜片隔离阀脉冲激光焊接工艺分析

膜片隔离阀广泛应用于单组元液体火箭发动机,金属膜片和壳体的激光焊接是该产品需重点关注的工艺过程。通过分析产品焊接结构,得出宜采用热导焊、短焦镜头和低峰值功率进行膜片隔离阀脉冲激光焊接的结论。设计脉冲宽度、脉冲频率、重叠系数和离焦量的4因素正交试验,通过分析焊缝外观质量和接头熔深,获得各因素影响焊缝熔深的主次顺序及适用于膜片隔离阀的激光焊接参数。提出采用修正功率密度综合表征脉冲能量和离焦量对熔深的影响,分析结果表明,焊缝熔深随着修正功率密度的增加而增大,膜片隔离阀需选取较小修正功率密度和较低焊接速率或者较大修正功率密度和较高焊接速率来满足其性能要求。采用正交试验获得的激光焊接工艺规范所生产的膜片隔离阀,焊缝质量、密封质量和破裂压力稳定性均能满足设计要求。目前,膜片隔离阀已配套至多种型号飞行产品,并通过了飞行及试车考核。     

航天器贮箱用钛制隔膜变形过程的数值模拟

基于弹塑性大位移非线性有限元理论,建立航天器贮箱用钛制隔膜变形的有限元分析模型,并对有限元软件进行二次开发,首次通过编辑子程序实现了隔膜厚度的渐进变化及失效过程中隔膜的自动开裂,准确仿真出了隔膜在翻转变形过程中发生的褶皱、偏心与破裂等失效行为。依据此模型,分别对075 mm等厚隔膜及055~08 mm变厚隔膜的翻转过程进行了仿真,并对其翻转规律及失效机制进行了分析。研究发现,等厚隔膜在翻转过程中易产生褶皱,渐变壁厚隔膜翻转性能明显优于等厚隔膜,能克服褶皱的产生,但变厚隔膜在变形过程中易产生偏心。通过与试验对比表明,数值仿真能准确预测隔膜的变形规律与失效模式,为后续优化厚度分布提供了可靠的依据。     

推进剂贮箱复合膜研究

系统分析了液体推进剂对隔膜式贮箱中隔膜材料的腐蚀和渗透规律，提出了采用镀膜技术进行金属和非金属材料复合的方案来解决推进剂的渗透问题。初步试验结果证明，复合膜技术在降低材料渗透率方面有着明显的优势。     

固体火箭发动机接头组合件三维弹塑性有限元分析

对固体发动机复合材料壳体接头组合件在内压作用下的应力变形进行了三雏有限元分析。分析了两种不同厚度的水压堵盖对结构变形的影响，考虑了螺栓、堵盖、接头等金属材料的塑性性质，复合材料按正交各向异性体处理。结果说明，在内压作用下，较厚的堵盖(40mm)和接头在外缘发生分离，使得接头肩部变形略大；而较薄的堵盖(28mm)与接头内缘发生分离，对密封结构不利。在内压作用下，复合材料和接头侧面也发生分离。该分析方法和结果可供接头及其密封设计提供参考。     

基于AMESim的先导膜片式电磁阀动态特性仿真

介绍了先导膜片式电磁阀的结构及工作原理,建立了其多物理过程耦合的数学模型,利用AMESim软件建立了先导式电磁阀动态仿真模型,研究了节流孔、工作压力、弹簧刚度及弹簧力对先导膜片式电磁阀动态响应的影响。结果表明:节流孔对响应时间的影响因素较大,随着节流孔的增大,阀门的打开响应时间越长,关闭响应时间越短。该分析方法可应用于先导式电磁阀的设计和分析,具有一定的工程应用价值。     

光刻技术在金属板片刻蚀上的应用

介绍了应用双面自对准光刻技术刻蚀金属板片的工艺原理、方法、工艺参数的选取原则以及双面自对准光刻模具设计准则,该项技术已成功应用于液体火箭发动机层板喷注器和膜片阀的研制和生产之中。     

纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件的受力分析及优化设计

本文对一纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件进行了受力分析及形状设计。通过受力分析与设计使得复合材料与金属嵌件接触面应力分布合理化，保证了接触面的变形协调，得到了优化的金属嵌件形式。