固体火箭发动机壳体的随机有限元分析

利用二阶矩法推导出圆柱壳和椭球壳基于弹性失效设计准则的中径公式的可靠度指标计算公式,并将其应用于某型号固体火箭发动机壳体的算例中.同时,利用Ansys软件建立该固体火箭发动机壳体有限元模型,在确定性有限元分析的基础上,对其进行随机有限元分析,求出结构的可靠度.分析表明,以材料的力学性能参数、壳体的几何参数为随机变量的固体火箭发动机壳体的可靠性设计是科学和必要的.最后,对输出的功能函数进行灵敏度分析,为结构参数的优化设计提供参考.     

缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响

提出了一种等效降温法,将缠绕张力产生的预应力等效模拟为复合材料层降温产生的预应力,通过理论推导得到了缠绕预应力与复合材料层降温量之间的计算公式,基于等效降温法并利用通用有限元软件研究了缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响。结果表明：随着缠绕预应力的增大,环缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小、复合材料层工作应力增大;缠绕张力预应力较大时会抵消自紧工艺效果,气瓶工作应力和纤维应力比主要受缠绕张力影响,在进行有限元应力分析和纤维应力比计算时应考虑缠绕张力作用。     

基于ACIS几何造型系统的纤维缠绕复合材料壳体设计

利用图形内核ACIS丰富的几何造型功能和HOOPS图形显示方面的优势,通过VC++.NET这样一个通用的开发平台进行纤维缠绕复合材料壳体设计研究,本研究解决了复合材料壳体模型化、参数化和设计程序化的技术难题,实现了复合材料壳体一体化设计。设计结果可以获得58个参数。主要包括:缠绕壳体纤维数据、几何数据、质量特性参数、力学特性参数以及壳体战术技术性能数据。设计结果为有限元分析提供直接可调用的图形参数,也可以为CAD软件提供初始模型。该设计系统为三维造型显示,可视化程度高,界面友好,交互性强,为用户对复合材料壳体初始设计提供了方便。     

纤维缠绕复合材料壳体的应力与变形分析

考虑到纤维缠绕壳体及其连接处的特点,采用非线性有限元法对壳体压力容器的应力及变形进行分析。在计算过程中,采用了一种适用于大型复合材料结构的复合材料单元,实现在不降低精度的情况下,尽量减少单元划分数量,并将计算结果与传统的网格理论、复合理论进行比较,得到了比较满意的结果,为纤维缠绕壳体的局部应力分析和结构设计提供了一种切实可行的计算方法。     

具有层状纤维缠绕的仿甲虫鞘翅轻质结构的设计及其力学性能分析

在对鞘翅断面微结构观测的基础上,分析了鞘翅的微观结构特征。设计了具有层状碳纤维缠绕的仿生轻质结构,并利用有限元法对其进行了力学性能分析。同时制备出了仿鞘翅结构复合材料模型,并进行了准静态压缩实验。将实验结果与有限元分析结果进行比较,证明了有限元分析结果的有效性。在此基础上,进一步比较了两种不同纤维缠绕方式的仿生轻质结构的力学性能,证明了两层交错纤维缠绕的仿生结构设计是合理的。     

固体火箭发动机试车架中推力架的结构分析研究

利用SohdWorks三维设计软件对固体火箭发动机试车架的推力架进行三维实体建模,并运用CosmosWorks软件对其进行有限元计算分析.揭示了推力架结构中应力分布规律,验证了该结构安全可靠,并对推力架的加强环进行了设计情形分析.     

基于静力学分析与静扭试验的变速器壳体强度研究

以某轻型载货汽车变速器铸铝壳体为研究对象,应用有限元静力学方法分析其在1挡工况下的壳体强度,通过对ANSYS Workbench后处理数据进行分析,得出变速器壳体应力、变形的分布情况。并通过静态扭矩加载实验,测得铸铝壳体的应力、应变情况,由此可获得该铸铝壳体在实际工作状态下的应力应变状态。测试分析结果与静力学分析结果的比较,为有限元模型的修改及变速器壳体的进一步优化提供了依据。     

振动载荷作用下的固体发动机应力应变场分析

针对固体发动机在低频振动载荷作用下的影响分析,采用分布式环境监测系统对发动机实际承受外在环境载荷进行监测,获得了环境实测载荷数据;建立了固体发动机整体模型,对双材料界面采用CZM界面单元模型,在实测载荷的基础上对固体发动机进行了数值模拟,得到了发动机粘接界面层和装药内部的应力应变场分布。结果表明了固体发动机粘接界面层的应力集中点在人工脱粘层与粘接界面的交界处,其最大应力、应变数值为maxσ=172.3KPak Pa、maxε=0.0573;发动机装药内部的应力集中位置在装药内槽中部的星角位置,其最大应力、应变数值为maxσ=96.35KPak Pa、maxε=0.0237。     

缠绕角组合对多层钢丝增强氟塑料软管组件应力水平的影响

运用有限元方法建立了钢丝增强氟塑料软管组件的参数化有限元模型,并应用该模型计算分析了缠绕角的不同组合对软管组件应力水平的影响,得出了各层增强钢丝的最大应力随内、外层缠绕角的变化规律,为该类软管的工艺参数优化、失效分析与预防提供了参考。     

变曲率绝热层挤压变形与缠绕压力控制

研究了固体火箭发动机燃烧室变曲率绝热层橡胶挤压变形机理,揭示、阐明了变曲率绝热层橡胶挤压变形规律,得到了缠绕压力沿胶带宽度方向的分布规律,并分析了缠绕压力分布对绝热层缠绕成型质量的影响.提出了基于Hertz接触理论的变曲率绝热层表面橡胶挤压变形数学模型,建立了缠绕成型外加载荷与变厚度橡胶绝热层表面变形的关系.并使用有限元分析软件ABAQUS针对多种真实缠绕情形进行了仿真模拟.结果表明,基于Hertz接触理论的绝热层表面橡胶挤压变形数学模型可以较好地描述缠绕变形情况,通过该数学模型计算得到的缠绕压力值与仿真得到的缠绕压力值吻合度很高,从而验证了模型在其应用范围内的有效性.为绝热层缠绕成型粘接质量的控制以及轨迹规划提供了理论支撑,为后续恒压控制系统的设计提供了相关力学参数.     

火箭发动机壳体缠绕过程中纤维张力控制系统的研究

分析了发动机壳体纤维缠绕过程中张力变化规律及影响因素,并给出了大张力计算机控制的程序框图、控制原理及实现方法。该控制方法还可用于天然气气瓶、航天航空和核工业等行业的纤维缠绕张力的控制,具有广泛的适应性。     

内压荷载下钢带缠绕增强复合管力学性能研究

以三维弹性力学理论为基础,研究了钢带缠绕增强复合管(PSP)在内压荷载下的力学性能。钢带缠绕增强复合管主要包括3层结构:内层PE层,中间两层钢带增强层以及外层PE增强层。在研究过程中主要分析了第一层钢带(层2)的应力分布,并以Mises屈服准则预测了钢带的极限强度。之后在ABAQUS中建立了钢带PSP管的三维模型,并将其结果与理论模型进行对比,结果显示,有限元模型中环向应力与轴向应力的变化与理论模型很符合。     

整体式离合器壳体破裂故障分析与改进

对整体式离合器壳体进行有限元分析,为了考虑其它零件对分析对象的刚度影响以及更好的处理受力边界,模型中加入了发动机机体、变速箱等零件。通过有限元分析,得到离合器壳体的应力分布,找出了该结构薄弱环节,经过与损坏的实物对比发现:有限元分析得到的离合器壳体薄弱部位与实际破裂位置吻合。在有限元分析结果的基础上进行了改进设计,改进方案提高了离合器壳体的结构强度,消除了故障现象。为解决壳体破裂问题提供了重要的依据,也为进一步研究动力总成的载荷传递和变形情况提供了参考。     

基于RBF神经网络的补燃火箭发动机频率预测

为避免建立或修改计算量巨大的发动机有限元模型,研究探讨径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络在液体火箭发动机频率预测中的应用。以某型高压补燃液氧/煤油火箭发动机为研究对象,在考虑喷管内外壁材料差异的基础上,利用刚度和质量等效原则,建立了喷管有限元模型。然后采用分布参数法建立了补燃循环火箭发动机的有限元模型,同时利用模态试验数据修正有限元模型。根据结构灵敏度分析理论,选择不同的结构参数组合作为训练样本训练神经网络,并利用训练好的神经网络预测发动机结构频率。研究结果表明,RBF神经网络能较好地预测液体火箭发动机结构频率,预测误差在1.0%以内。同时该方法具有收敛速度快的优点,可广泛应用于火箭发动机数值仿真领域。     

多层金属粘接壳体设计与加工研究

以一种多层金属粘接壳体结构,通过有限元分析软件Ansys Workbench进行胶层应力分析,并与相应的胶种强度测定数据进行对比,确定了该胶种的可行性。最后通过制定合理可行的工艺措施及粘接方案,完成该复杂多层金属粘接壳体加工。     

复合材料发动机衬管热压罐成型工艺研究

为了提高固体火箭发动机衬管耐高温、耐冲刷的能力,解决发动机壳体烧蚀问题,对其复合材料衬管进行了热压罐成型工艺研究。优化其预浸料制备、缠绕预成型和热压罐固化成型等工艺过程及工艺参数,并对生产的衬管进行材料物理性能和力学性能检测,对装配发动机进行发动机使用性能的考核试验。试验结果表明,按热压罐成型工艺生产的复合材料衬管完全能够满足其材料性能要求和发动机的使用性能及质量要求,圆满解决了发动机耐烧蚀的关键技术问题。     

轴对称矢量喷管动力学仿真与分析

在对飞机发动机轴对称矢量喷管结构和工作原理进行研究和分析之后,利用UG软件实体模块建立了固体火箭喷管的机构模型。将装配好的固体火箭喷管各构件导入MSC.ADAMS软件中,施加相应约束,构建了该固体火箭喷管的动力学仿真模型,在MSC.ADAMS软件中对固体火箭发动机轴对称矢量喷管的收扩、偏转运动进行了仿真。最终通过仿真获得了固体火箭喷管机构各环节的受载和动态特性数据,为简化新产品的建模、热态特性仿真、获取机构动态特性及加速新产品研发提供了重要的理论依据。     

发动机平衡轴壳体结构分析及优化

针对某四缸发动机平衡轴壳体在发动机台架试验时出现断裂的问题,基于建立的平衡轴总成三维模型,对平衡轴总成进行了模态分析,得到了壳体1～6阶模态频率;以多体动力学分析得到的壳体受力作为边界条件,对平衡轴壳体进行了强度及疲劳分析,得到了壳体4种加载工况下的应力分布规律,应力值最大加载工况下壳体的疲劳寿命和安全系数;确定了壳体...     

固体发动机工况中密封圈大变形接触应力分析

从固体发动机密封结构特点和密封可靠性出发，对所研究的密封结构进行分解和简化。采用接触罚单元算法，应用ANSYS有限元分析系统软件，建立橡胶密封圈的轴对称超弹性非线性问题的三维有限元分析模型，对固体火箭发动机密封的充分必要条件及在工况中密封界面上的接触压应力分布规律进行研究。在讨论超弹性接触问题的前提下，研究密封结构承受不同燃气内压时对密封接触状态的影响。通过对这些影响规律的分析，找出造成密封失效的可能原因，为固体火箭发动机等重要场合下0形橡胶密封圈的正确选用提供一种方法。     

基于ANSYS的发动机药柱有限元应力分析

采用有限元法对固体火箭发动机药柱在固化降温过程中的三维瞬态应力场进行了数值模拟,并分析了由温度变化引起的应力应变响应,得出了药柱危险点的位置,计算结果符合工程实际.