固体火箭发动机壳体强度热力耦合分析

为了研究导弹发动机壳体在高空飞行时的温度、应力、应变状态,从而对壳体的结构强度进行校核,研究了导弹壳体气动加热的计算方法,建立了某发动机壳体的三维有限元模型,合理简化气动边界条件,计算壳体温度随导弹飞行时间的变化.对比风洞试验结果,有限元计算结果与试验结果一致性较好.分析了ABAQUS软件热-力耦合实现方法,对该模型施加不同时刻的外力载荷,实现壳体的热-力耦合数值分析.进行热-力耦合联合加载试验,对比计算结果与试验结果,计算结果与试验结果吻合较好.壳体的应力、应变都远小于材料的极限值,壳体结构安全.该有限元计算方法可以用来进行壳体的热-力耦合强度分析.     

固体装药结构界面应力分析

研究了基于热黏弹性接触理论计算固体装药结构界面应力的数值方法,给出了一种快速判断界面是否脱黏的工程实用方法.以某固体装药结构为例,采用接触算法模拟固体装药多层结构复杂的边界条件,计算了挂飞工况下固体装药结构应变场特征,研究了壳体/绝热层界面应力的分布规律,结果表明:应变场云图符合工程实际,壳体/绝热层界面黏接良好,不会发生脱黏现象.      

缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度影响因素分析

为探索不同因素对缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度的影响规律,开展了不同冲击能量、不同冲击部位下壳体的低速落锤试验和水压爆破试验,采用改进的Hashin准则和牵引分离准则模拟复合材料层内和层间损伤,建立了壳体冲击后剩余强度有限元模型,实现了冲击后剩余强度的一体化仿真分析。利用该模型计算得到的缠绕复合材料壳体低速冲击后剩余强度与试验结果一致性较好。最后研究了冲击部位、初始内压、冲头尺寸等因素对壳体冲击后剩余强度的影响规律。研究结果表明:封头赤道圆处为壳体的最薄弱冲击部位,冲击能量为25J时壳体剩余强度降低了约60%;壳体冲击后剩余强度随内压增加而增大,但当内压大于16MPa时,壳体冲击后剩余强度随内压增大而迅速降低;冲头直径在8~16mm变化时,壳体冲击后剩余强度随着冲头直径的减小而降低。     

蜂窝夹芯旋转壳的屈曲分析

蜂窝夹芯复合材料旋转壳是航天器中的重要部件,且常常与其它部件互相联结,联结区局部高应力往往诱发复杂的局部屈曲模态,为此发展了一套有限元求解方案。针对蜂窝夹芯层合壳体构造了一种基于相对自由度技术的32节点三层壳元,这种单元避免了传统壳元的转动自由度,易与三维实体单元连接,使变厚度、带有补强的复合材料层合壳体等复杂结构得以正确建模。同时运用旋转周期结构有限元技术对大规模的空间蜂窝夹芯层合结构成功实施了屈曲分析。数值算例表明了计算策略的有效性和优越性。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。     

离轨帆弹性桅杆力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS分析弹性桅杆几何参数对其力学性能的影响,为离轨帆弹性桅杆设计提供一定的理论依据。结果表明:增加壳体厚度、保持弧长不变,减小曲率半径以及增大壳体截面圆心角都能有效提高离轨帆自动展开能力及弹性桅杆支撑刚度;弹性桅杆的弯曲内部应力只与材料属性、曲率半径、缠绕半径以及壳体厚度有关;曲率半径减小、壳体厚度增加都会增大弹性桅杆的弯曲内部应力,有可能会导致弹性桅杆在缠绕时发生塑性变形。因此,在对弹性桅杆设计时,需综合考虑弹性桅杆几何参数对其展开能力以及缠绕性能的影响。     

机匣安装边应力分析的混合法

机匣安装边与壳体转接处的应力分布复杂,该处存在膜应力,弯曲应力并有应力集中,要精确计算该区域的弯曲应力比较困难。本文提出了一种计算安装边转接处弯曲应力计算的解析方法,并根据光弹性试验结果总结了与安装边结构参数有关的应力集中系数计算的经验公式。同时,运用数学计算方法和光弹性实验数据相结合的混合法计算了某发动机延伸机匣的安装边应力。     

2．4m风洞壳体水压试验技术

水压试验是风洞洞体建造过程中作为检验设计、施工质量的重要手段。本文主要阐述2．4m风洞承压壳体整体水压试验的技术特点、试验目的及总体技术方案，简要介绍了以壳体应力分析结果为参考并结合风洞结构设计经验的风洞壳体位移、应力及支座反力监测部位选择方法，简要给出了风洞壳体整体水压试验的关键步骤，并将水压试验测量结果和应力计算结果进行了比较。2．4m风洞承压壳体整体水压试验的一次成功表明：基于壳体应力分析技术和独特的水压试验程序的2．4m风洞水压试验技术是安全可行的。     

某燃气发生器壳体的结构可靠性分析与评估

对某燃气发生器壳体的可靠性进行了分析，应用应力和强度均服从正态分布时结构可靠度的置信下限公式，得到了壳体在整个工作期间内的可靠度的置信下限，说明壳体温度的变化对其结构可靠度的影响不可忽视。     

噪声载荷作用下航空薄壁壳体的随机振动响应

噪声载荷作用下薄壁壳体的振动应力响应分析是声疲劳研究的重要任务之一。首先利用声学分析软件SYSNOISE 5.6提供的流固耦合分析功能,计算了噪声激励下航空薄壁壳体的频域动态复位移响应,再将频域复位移响应导入ANSYS 10.0并经傅立叶变换转换为时域位移数据,最后基于时域位移响应在ANSYS10.0中计算出声激励环境下薄壁壳体的振动应力响应。     

离心通风器壳体失效分析

根据某发动机离心通风器6个故障件的破坏形貌分析结果以及简化模型的光弹性试验和有限元计算结果建立离心通风器壳体力学模型,并通过计算的名义应力探讨结构失效原因并提出排故措施。研究结果表明,由于壳体在油气混合环境中使用,其肋的转接台阶处具有高的应力集中、材料铸造表面粗糙、组织疏松等缺陷,助的截面尺寸公差太大等多种因素造成零件的可靠性降低。     

冲压发动机燃烧室壳体静热试验局部失稳变形分析

对静热试验中某发动机燃烧室壳体的局部失稳变形的试验现象进行了描述,为探究其失稳变形产生的机理,对试验测得的温度数据和应力数据进行了分析,并对静热联合作用下的应力分布进行了有限元的计算,找到了引起静热联合试验中燃烧室壳体产生局部失稳变形的主要原因,并给出了解决该类问题的几点建议。     

采用壳体应变应力状态的正交异性体─壳过渡元

采用壳体应变-应力状态的过渡元推广于正交各向异性材料, 以解决壳体法线与一个材料主轴重合的正交异性体-壳组合结构的应力分析问题。算例表明:采用本文建立的过渡元计算正交异性体-壳组合结构是有效的, 精度能满足工程要求, 并能节省计算时间。      

某发动机壳体失效模式及失效分析

某发动机壳体使用30CrMnSiA板材卷焊成型,在内压力P下工作,壳体的环向应力为σ_c。当强度σ_b小于σ_c时壳体失效,其失效模式用下式表示:σ_c=P_(max)·R/H>σ_b (1)为应用方便,常改用下式表示:P_(max)>σ_b·H/R>P_b (2)式(2)表明,壳体的承载能力即最小爆破压力     

界面形貌对热障涂层残余应力影响的三维有限元分析

采用有限元方法,建立了考虑界面形貌的热障涂层系统三维有限元模型,通过计算从高温冷却到室温时界面处的残余应力的变化,研究了界面形貌对热障涂层系统残余应力的影响。结果表明,氧化层（TGO）厚度不仅会影响残余应力大小,还会影响其应力状态,氧化层越厚,其残余应力水平越高;界面幅值增大会使黏结层（BC）–TGO界面残余应力增大,但其对陶瓷层（TC）–TGO界面处残余应力的影响较为复杂;增大界面波长会在一定程度上减小残余应力水平;三维混合粗糙度对残余应力的影响较小。因此,氧化层厚度、界面幅值和波长会较大程度上影响热障涂层的残余应力,进而影响热障涂层系统的稳定性,且氧化层厚度对涂层失效位置具有决定性意义。     

刚性环加强的圆柱壳体的强度分析

给出一端固定,一端自由,自由端有刚性环加强的圆柱壳体的内力和位移的计算公式,以及最大应力的计算公式.对所得公式简化处理,用简单的无矩理论的解来表示复杂的有矩理论的解,使之便于工程计算.本文采用工程壳体理论,对于薄壳,文中给出的解具有足够的精确度.     

微型固体脉冲推力器结构强度有限元分析

对用于飞行姿态控制和弹道修正的微型固体脉冲推力器的结构强度进行了动静态有限元分析, 考虑了脉冲推力器的结构设计特点和加工工艺, 模拟其台架静压试验和实际工作的载荷历程。数值分析结果表明, 当静态台架试验内压采用动压峰值时, 计算所得的结构应力、变形及其分布与模拟推力器实际工作过程的动态峰值应力、变形及分布具有较好的比拟性; 燃烧室壳壁沿平行其轴线方向的破裂以及燃烧室与点火器壳体螺纹连接处退刀槽根部的开裂是推力器结构强度的主要破坏形式。计算预示与台架试验出现的相符     

复合材料厚板双轴非线性刚度特性分析

基于非线性本构关系与厚板理论,研究了一种采用增量步迭代法对复合材料厚层合板渐进失效过程进行双轴刚度特性分析的方法。以三维Hashin失效准则为单层板失效判据,当层合板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。采用有限元软件MSC.Patran自带的编程语言PCL,编写了计算程序。应用该程序分别对不同材料和不同铺层的层合板算例进行非线性刚度计算,给出了不同的铺层和材料组合下层合板在不同载荷比下的应力-应变曲线,展示了层合板渐进失效过程中应力-应变的变化关系,为复合材料厚板失效分析过程中的刚度变化提供理论与计算依据。     

复合材料接头三维有限元技术研究

介绍了复合材料三维单元刚度矩阵，用三维有限元方法计算了复合材料层压耳片接头拉伸、剪切、弯曲载荷的问题；给出了孔边应力分布及弯曲时层间剪应力分布。结果表明：当载荷平行于铺层且沿厚度均匀分布时，应力沿厚度方向变化不大，主要与铺层角度有关；当载荷不平行铺层时，层间剪切应力和拉伸应力较大，是接头破坏的主要原因。     

SRM 纤维缠绕壳体的蒙特卡罗随机有限元分析

采用蒙特卡罗随机有限元方法，结合复合材料壳体力学、纤维缠绕理论等知识，分析了固体火箭发动机纤维缠绕壳体在燃气内压随机变化作用下的应力响应，绘出应力分布曲线，为固体火箭发动机结构可靠性评估奠定基础。