复杂载荷下复合材料组合壳体局部补强的数值分析

分析某固体火箭发动机的复合材料组合壳体在轴压、外压及弯矩联合作用下的变形情况发现,该结构铺层设计不够合理,造成复合材料铺层变形不协调,导致结构过早破坏。通过数值模拟方法,对在复杂栽荷作用下结构复合材料局部铺层改变进行补强研究,提出相应的优化局部铺层补强的方案。计算结果表明,所提出的局部改变铺层的方法可以较大幅度地提高结构承载能力,为结构设计的改进提供参考。     

分层缺陷对复合材料壳体裙连接区轴向承载性能影响分析

为掌握固体发动机复合材料壳体裙连接区在复合材料界面分层缺陷状态下的承载性能,基于损伤失效分析方法研究了裙连接区不同界面、不同位置存在不同大小的复合材料分层/脱粘缺陷时的承载能力,分析了缺陷对裙连接区结构局部屈曲、裂纹扩展及损伤失效的影响规律。结果表明,复合材料层间界面存在临界缺陷尺寸,当缺陷小于临界尺寸时,结构承载能力基本不变,当缺陷大于该临界尺寸时,连接区的失效形式和极限载荷均受到较大影响;对于复合材料轴向补强层与环向缠绕层之间的初始分层缺陷而言,当缺陷位置处于裙连接区过渡层轴向位置之后时,裙连接区的承载方式无明显变化,仍受整体屈曲的控制;但缺陷位置与裙连接区过渡层轴向位置相同时,则易发生局部屈曲,对连接区承载能力影响较大。     

两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动特性

液体火箭发动机涡轮泵内非定常流体力主要通过流体—壳体以及流体—转子—支承—壳体两条传递途径激励壳体发生振动,对发动机的安全可靠性造成威胁。为获得流体激励下涡轮泵壳体振动特性,建立了两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动响应定量预测方法,利用发动机热试车结果对预测方法的精度及可靠性进行了验证。在此基础上获得了不同途径下涡轮泵壳体的振动特性。结果表明:所建立的涡轮泵流体激励壳体振动预测方法能够较好地预测壳体振动响应主导频率及幅值,主频幅值误差小于13.85%;壳体的最大振动能量源自于泵内动静干涉非定常流动与壳体结构之间的相互作用;流体—壳体途径是涡轮泵流体激励壳体振动的主要来源,其引起的壳体振动响应幅值相比流体—转子—支承—壳体传递途径大2个量级以上。     

基于仿真模拟壳体缺陷机理分析及工艺改进

为了提高某型号发动机低压壳体铸件合格率,对壳体加工后轴承冷却孔缺陷问题进行分析,提出了工艺改进措施.采用内窥镜检查、剖切检查,确定缺陷形貌及产生位置,运用仿真模拟软件对原铸造工艺方案进行模拟,基于凝固过程仿真结果以及产品结构分析,确定了缺陷产生原因为温度场不协调及缺乏有效补缩源.针对缺陷产生原因提出工艺改进措施,改进冷...     

基于多尺度的固体火箭发动机复合材料壳体及其缠绕纤维强度精确预示

针对纤维缠绕成型过程中存在纤维交叉起伏结构,导致纵向缠绕层纤维发挥强度不理想问题。构建了考虑复合材料多尺度结构特征的宏-细-微观跨尺度模型,开展了基于纤维细观尺度的渐进损伤实效行为研究,实现了结构失效状态及强度折减系数在不同尺度间的传递,最终预示了纤维缠绕壳体损伤失效。制备了直径300 mm的纤维缠绕壳体并开展水压打爆测试,测试结果表明,该跨尺度方法预测爆压值与实验测试值误差为1.4%,且所得整体应力分布较传统层合建模方法和实验值更为吻合。该分析方法可以为纤维缠绕复合材料壳体精细化设计分析提供参考价值,提升了纤维缠绕复合材料壳体工艺-设计一体化技术应用水平。     

圆柱厚壳混合状态等参元的半解析解

本文给出圆柱壳问题混合状态方程的一种强有力的半离散半解析方法－混合状态等参元，它沿壳厚方向未作任何位移及应力分布假设，采用状态控制方程给出解析解答，与通常壳体元相比减少了未知量数目，提高了计算效率。     

超硬铝合金整体精车加工成型壳体外压稳定性研究

对超硬铝合金整体精车加工成型壳体进行了外压稳定性研究，包括环助加筋壳的总体稳定性和肋间短亮的局部稳定性。给出了6个短壳试件的试验结果和3个环助加筋壳试件的试验结果。研究结果表明：由于超硬铝合金材料的高屈服极限和整体精车加工成型壳体的结构整体性高精度（包括几何形状和尺寸），短壳临界外压比过去试件（用低屈服极限材料LF3M和LF6M，报金件冲压成型-焊接组装工艺，下同）的试验结果平均提高了50％以上，环肋加筋壳总体失稳的临界外压比过去试件的试验结果平均提高了近30％。     

二维几何非线性问题的线有限元解法

提出了在线有限元方法中考虑几何非线性二维问题的理论公式和计算步骤，并以完全的拉格朗日表述为基础，首次导出了用线有限元方法进行结构分析中大变形问题载荷增量法的基本公式，对计算过程中的重要方面：包括对非线性微分方程线性化的方法，分步迭代的步骤等进行了详细讨论，以这些公式为基础，编制了相应的计算程序，并给出了算例，结果是令人满意的。     

几何非线性固体壳单元新列式的研究

通过定义广义应力，提出了一个改进的刚度矩阵，以克服固体壳元的厚度自锁问题；由一个基于广义应力的新的非线性变分泛函，推导了一个用于几何非线性分析的十八节点固体壳单元，精心选择低、高阶应力插值模式，保证二者正交，且对应于低阶项的刚度阵与减缩积分单元相当，对应高阶项的刚度阵用于克服单元的零能模式且可推得显式，从而显著提高了计算效率，此外该单元还拥有优秀的收敛性能，即使在非常大的载荷步下也能取得好的收敛结果。     

三维四向整体编织碳/环氧复合材料圆锥壳体的外压稳定性研究

本文给出了两个三维四向整体编织碳/环氧复合材料圆锥壳体临界外压的试验结果，进一步验证了三维四向整体编织复合材料壳体临界外压计算方法，计算结果与试验结果相符较好，计算时试验修正系数可取0.8。