[發明專利]一種錐殼扭轉剛度獲取方法

無效

• 申請號: 201210177031.5
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103455697A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 廉永正;潘忠文;王明宇;曾耀祥;董鍇;王旭;楊樹濤;徐慶紅
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明涉及一種錐殼扭轉剛度獲取方法，特別是涉及一種運載火箭和液體導彈結構剛度的等效和動力學模型的建立方法中的錐殼扭轉剛度獲取方法。

背景技術

有效載荷支架、級間段、整流罩錐柱段等在連接直徑變化的一些級間過渡段往往會使用錐殼結構，如圖1所示。某些錐殼（如有效載荷支架、級間過渡段等）是火箭的承力結構，承受較大的軸力和彎矩，對頻率、振型產生重要影響，采用圓柱殼的等效方法，會產生較大誤差。因此亟需提供一種新型的錐殼扭轉剛度獲取方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種可以直觀看出錐殼扭轉剛度與錐殼結構參數的關系，為錐殼結構的設計提供指導的錐殼扭轉剛度獲取方法。

為解決上述技術問題，本發明一種錐殼扭轉剛度獲取方法，依次包括以下步驟：

第一步、采集得到錐殼結構錐殼下端半徑R_u、上端半徑R_d、高度L；采集錐殼的等效厚度t；并根據錐殼采用材料得到其彈性模量E，泊松比μ；

第二步、獲得錐殼半錐角

第三步、得到材料的剪切模量

第四步、得到錐殼在單位扭矩作用下的轉角

第五步、得到錐殼扭轉剛度

本發明可以直觀看出錐殼扭轉剛度與錐殼結構參數的關系，為錐殼結構的設計提供指導。在進行火箭動力學建模時，可以根據扭轉剛度表達式將錐殼結構簡化為梁單元，比以往采用變截面梁模擬錐殼結構的方法更為合理和準確。

附圖說明

圖1為本發明所提供的一種錐殼扭轉剛度獲取方法中的錐殼示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。

本發明依次包括以下步驟：

第一步、采集得到錐殼結構錐殼下端半徑R_u，上端半徑R_d，高度L；采集錐殼的等效厚度t，并根據錐殼采用材料得到其彈性模量E，泊松比μ；

第二步、獲得錐殼半錐角

第三步、得到材料的剪切模量

第四步、得到錐殼在單位扭矩作用下的轉角

第五步、得到錐殼扭轉剛度

本發明從殼體的薄膜理論出發，給出了薄殼結構扭轉剛度的精確解。

設錐殼上任一點沿錐殼母線方向坐標為s，對于錐殼結構其子午線曲率半徑R₁＝∞，根據殼體薄膜理論可以得到錐殼結構的平行圓半徑r＝s?sinα，截面平行圓的半徑R₂＝s?tanα。

設錐殼上任意一點的沿子午線方向位移為u，沿外法線方向位移為w，沿切線方向位移為v，根據錐殼結構的幾何關系，得到其應變表達式

沿子午線方向應變

沿外法線方向應變

剪切應變

對于受到純剪切薄殼結構，根據對稱性可知錐殼上任一點沿法向位移w＝0，沿子午線方向的u＝0；且錐殼內部各點的正應力為零。在求得剪切應力之后，可以根據錐殼本構關系得到關于沿切線方向位移v的微分方程進而根據邊界條件求解可以得到錐殼結構扭轉變形和扭轉角，扭轉剛度即為扭轉角度的倒數。

傳統的錐殼扭轉剛度計算一般將結構簡化為變截面梁或直接采用錐殼平均半徑的圓柱殼剛度來等效，誤差較大。直接采用梁單元模擬錐殼結構時，得到的扭轉剛度數值偏大1/sinα倍；采用錐殼平均半徑的圓柱殼剛度來等效時，誤差在50%以上。本專利提供了錐殼結構扭轉剛度的精確解，對于薄壁殼體結構，其扭轉剛度誤差在0.5%之內。

本公式可以直觀看出錐殼扭轉剛度與錐殼結構參數的關系，為錐殼結構的設計提供指導。在進行火箭動力學建模時，可以根據扭轉剛度表達式將錐殼結構簡化為梁單元，比以往采用變截面梁模擬錐殼結構的方法更為合理和準確。