运载火箭贮箱筒段环缝焊接应力变形数值模拟

以5 m直径大型运载火箭贮箱筒段为研究对象,对该筒段进行了环缝焊接过程的有限元模拟,得到了焊接过程的温度场分布情况以及简化工装约束条件下焊接后和约束卸载后的应力变形情况.结果表明,筒段的整体变形以径向变形为主;焊后最大应力出现在焊缝,最大应力429 MPa,由于应变强化而高于屈服强度;焊缝处的应力除外表面轴向应力为压应力,其他皆为拉应力.     

复杂内筋铝筒段旋压变形规律和再结晶组织演变数值仿真

流动旋压是一种先进的内筋薄壁筒段整体近净成形方法。本文运用数值仿真方法研究多级筋铝合金筒段热旋压过程中材料流变规律和组织演变特性。将内变量型2219铝合金本构模型嵌入ABAQUS仿真平台建立了准确反映宏观流变和微观晶粒演变的热旋压仿真模型,完成了具有多级特征的内筋筒段旋压成形规律分析。研究表明在减薄率为50%、温度为300℃的旋压参数下,随内筋宽度增加材料由“挤压”式转变为“塌陷”式填充内筋,筋槽内材料变形量下降,筋槽内材料晶粒大小不均匀性增加;窄筋在250℃下的晶粒尺寸明显小于其在350℃下的,而宽筋在250～350℃下的晶粒尺寸较为接近,成形温度对窄筋晶粒大小有明显影响,而对较宽内筋的影响有限。     

2219 T852过渡环与T87箱筒段电子束焊接接头性能

基于贮箱用2219 T852整体过渡环与T87箱筒段的电子束环焊缝,开展了部段级电子束焊接接头常、低温力学性能测试,同时对焊接接头错缝量、断裂类型及金相组织进行了分析。研究结果表明:部段级常、低温2219 T852与T87电子束焊接接头的强度影响系数为0.63,低温状态下焊接接头的力学性能比室温状态下有所提高;错缝量与焊接接头力学性能成反比,其中对延伸率影响最为显著,低温有助于缓解错缝对焊接接头力学性能的弱化影响;电子束焊接接头组织不均匀性和结构形貌上的不连续性,特别是T852侧热影响区晶粒粗大,导致T852侧热影响区和焊缝接头根部为电子束焊缝的薄弱区域,焊接接头极易在该区域发生断裂。     

贮箱壁板法兰盘装配及自动化焊接工艺

现有的壁板法兰盘焊接工装结构简单,压紧力小,并且为手工焊接,焊后法兰盘焊缝残余应力与变形大,质量稳定性差,不能满足型号使用需求。本文从影响法兰盘焊接质量因素入手,研制了法兰盘自动化焊接工装,在模拟仿真的基础上,得到0.15~0.25 mm的过盈装配量法兰盘与孔径采用的过盈量为最优,采用先装壁板后装法兰盘的流程可有效避免装配裂纹,并通过焊前加热垫板的方式解决法兰焊缝打底裂纹难题,采用自动焊工艺焊接的法兰成型美观,焊接缺陷比手工焊降低70%以上,接头低温平均抗拉强度达到348 MPa,延伸率为6.7%。     

自动钻铆环境下筒段类舱体装配偏差控制与快速识别

为解决运载火箭铆接舱段和飞机机身等大型复杂薄壁筒段类舱体在自动钻铆环境下,对零件装配偏差进行长时间、多点位的接触式测量,导致自动钻铆工作效率下降问题.通过装配偏差产生过程控制优化,结合小功率激光发射装置进行偏差测量,开展自动钻铆工程应用研究.结果表明,此项技术实现了筒段类舱体装配偏差控制及快速识别与测量.     

基于有限元的斜撑结构分析

运用有限元分析软件建立斜撑的有限元模型,根据危险工况的分析,选择端面受集中力的作用,获取了斜撑的受力和变形情况,证明了钢材的许用应力,其结果是真实的,此结构是安全的。     

薄壁环型火焰筒转接段精密制造技术

薄壁环型火焰筒转接段为薄壁环型冲压拉深成形件,其外廓尺寸大、壁薄、刚性差,结构形状非常复杂,要求的制造精度非常高.同时所使用材料为一种新型高温合金,尚未掌握其冲压工艺性.本试验应用冲压成形、激光加工、机械加工等技术,通过科学地设计制造工艺,成功地加工出高精度的零件,为其它类似冲压成形件的研制奠定了技术基础.     

复合材料加筋筒段压载荷承载能力优化

复合材料加筋筒段是航空航天领域广泛采用的结构构形,其结构形式决定了重量及承压能力。为了研究加筋筒壁的承载能力,分析筋条间距、筒段长度和四种典型工程筋条截面的影响;以结构轻重量为目标函数,结构临界屈曲载荷、筋条局部屈曲载荷为约束,采用梁轴惯性矩平移模型,对复合材料筒壁0°、±45°、90°各铺层总厚度和筋条截面尺寸进行优化。结果表明结构轻重量设计中τ型桁条最有利,并得到其设计曲线,为工程设计应用提供参考。     

运载火箭筒体壳段自动钻铆技术研究

通过开展运载火箭筒体壳段自动钻铆技术研究,突破了框桁蒙皮数字化协调预装配、洁净钻孔、伺服静压铆接及模拟仿真等关键技术,并在MJC 3350-1600自动钻铆装备进行自动钻铆工程化应用,钻铆质量满足设计要求。     

大型筒段构件自动铺带成型技术

在研究自动铺带成型技术的基础上,提出了一种用于复合材料筒段构件自动铺带成型轨迹规划的设计方案。根据自动铺带成型系统的独有特点,提出专用于自动铺带成型系统的数控(NC)代码约定。在研究自动铺带成型CAD/CAM技术的基础上,开发针对大型筒段复合材料构件的专用CAD/CAM软件,并在自主开发的自动铺带成型设备上进行铺带成型实验验证。经实验验证,此自动铺带机专用CAD/CAM软件的开发相当成功,满足了大型复合材料筒段构件的实际生产需求。     

基于协同仿真环境的腹撑支杆有限元分析

以有限元静态分析理论为基础,将ProE和ANSYS10．0协同仿真环境（AWE）结合运用,完成了从腹撑支杆三维建模到有限元分析的整个过程,得出了腹撑支杆在5种典型工况下的应力场和位移场,并对其进行了强度和刚度的校核。在此基础上．研究了腹撑支杆关键尺寸的改变对支杆应力分布和变形结果的影响,并提出了改进措施。结果表明腹撑支杆满足设计要求。     

大型铝蒙皮蜂窝夹层筒段成型模脱模工装设计

分析了筒段产品和筒段成型模的特点,提出用脱模工装实现筒段产品和筒段成型模分离的思想。通过分析脱模工装的技术难点和脱模过程可能出现的状况,介绍了模具的设计和脱模过程。实践表明,此脱模工装结构合理,能满足筒段成型模脱模的需求。     

铆接变形及其有限元分析

采用理论分析和数值分析相结合的方式,系统地分析了压铆过程应力应变情况;将压铆过程划分为5个阶段,分析每个阶段的金属流动和受力情况;借助于ANSYS/LS-DYNA模拟压铆过程,得到铆钉和铆接件的应力应变分布情况和变化规律.     

金属膜片贮箱的膜片变形分析

采用旋转对称壳体的变矩理论, 并将流变韧性引入应力－应变本构关系, 分析了金属膜片贮箱正向排放过程膜片的变形, 数值求解预示了膜片压差和推进剂剩余量。计算结果与试验值相比, 膜片压差和变形过程基本一致, 膜片顶点位移值吻合较好     

航空发动机火焰筒矩形点焊换段修理技术研究

针对某型航空发动机火焰筒大修时出现的裂纹、烧伤及侵蚀问题,开展了火焰筒第4～6段换段修理工艺试验。通过分析火焰筒的结构,确定了用新段替换相应的故障段的方法对火焰筒进行修复。在拆分故障段时,尽量减小保留段壁厚的局部减薄量;在重新装配时,避免在原电阻焊点处再次焊接;通过采取以上工艺措施,实现了火焰筒的换段修理。同时进行了电阻焊焊接拉伸试验、撕破检查、金相组织检查等工艺验证试验。换段修理的火焰筒通过了发动机试车考核验证。换段工艺方法也可作为批生产过程中部分段制造有缺陷时的补救方案。     

超高强韧稀土镁合金直筒段锻造成形工艺

基于航天型号对超高强韧稀土镁合金构件产品的迫切需求,本文以航天器中的直筒段产品为研究对象,采用近等温锻造挤压成形工艺技术,开展VW84M高强韧稀土镁合金材料的锻造工艺性能研究,分析了直筒段的工艺结构特点,制定了直筒段的锻造成形工艺,通过三维建模、数值模拟技术和成形工艺试验,研究了直筒段的成形过程,分析了坯料的金属流动、温度变化特点,并通过成形工艺试验试制出锻件产品。结果表明,VW84M稀土镁合金在440 ℃的锻造温度时,在合适的挤压速度下具备良好的塑性成形性能,该材料具备实际工程应用能力;数值模拟得到的挤压载荷为64.72 MN,实际挤压载荷为60 MN,相差7.8 %,数值模拟结果与工程试验有较高的结合度;工艺试验得到的直筒锻产品,切、轴向力学性能指标优于预期,抗拉强度不小于340 MPa、屈服强度不小于210 MPa、延伸率不小于6 %的指标值。直筒段产品金属流线分布较为均匀,切向力学性能优于轴向。     

基于PSO-BiLSTM神经网络的机身筒段应力预测

飞机机身部件在装配对接前,通常需要使用形状控制工装调节机身筒段形状以达到对接标准,为避免出现控形过程中筒段局部应力过大损坏机身的情况,需实时监测机身筒段应力变化,为此提出基于粒子群优化算法和双向长短期记忆（PSO-BiLSTM）神经网络的应力预测方法。通过机身筒段控形历史数据对应力预测模型进行训练和测试,采用粒子群优化算法迭代优化神经网络超参数,实验结果表明,PSO-BiLSTM神经网络凭借长记忆细胞和高模型容量优势在处理序列式数据方面具有明显优势,应力预测损失在0.3%的均方根误差范围内收敛。与竞争模型循环神经网络（RNN）、标准长短期记忆（LSTM）神经网络和双向长短期记忆（BiLSTM）神经网络相比,PSO-BiLSTM神经网络模型不仅预测结果更准确,训练效率也明显提高。     

火箭贮箱焊缝连接处应力及变形分析

对常见的铝合金薄壁贮箱焊缝连接处结构形式进行对比分析计算,比较了椭球底和三心底对箱筒段和底部连接处焊缝的影响及箱筒段上焊缝处加厚区内外偏置的影响.结果表明:对于箱筒段和底部连接的焊缝,采用椭球底形式焊缝处的轴向应力要小,应力梯度变化也小;对于箱筒段上的轴向焊缝,当焊缝处加厚区采用内偏置时,其径向位移比薄区大,即焊缝处产生向外凸出的变形模式,采用外偏置时,焊缝处产生内凹的变形模式;当箱筒段上的焊缝处加厚区采用中面偏置时,附加弯矩较小,变形较为协调,可以减小应力集中.     

某卡环内锁作动筒啸叫故障分析

某卡环内锁作动筒活塞部件运动时出现啸叫现象,通过作动筒尺寸链分析,验证了初步确定的故障原因的正确性,并提出了更有效的间隙检测方法。     

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接（DLBSW）变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。