[發明專利]一種輸送管動強度分析方法

有效

• 申請號: 201310577106.3
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103678775B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 唐文;許光;賀啟林;方紅榮;王洪銳;周浩洋;修建生
• 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: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種適用于輸送管的動強度分析方法，屬于運載火箭力學環境技術領域。

背景技術

疲勞失效是彈（箭）體結構件最常見的破壞模式之一，隨著在研運載型號推力的提升，輸送管特別是發動機艙內的輸送管振動量級相應增加，載荷環境比較惡劣，動強度成為輸送管是否滿足使用要求的關鍵指標。

傳統的疲勞壽命估算方法是通過試驗獲得危險點的應力—時間歷程,采用不同的計數方法,將不規則應力時間歷程轉化為不同應力幅下的循環次數,再利用疲勞累積損傷理論估算疲勞損傷及壽命。但對于輸送管，由于缺乏試驗條件，無法獲得危險點的應力時間歷程，因此只能采用基于頻域的統計方法來估算疲勞壽命。

目前基于頻域的統計方法僅針對振動載荷下的動強度進行分析，未考慮輸送管承受內壓、溫度及位移等靜載荷對動強度的影響；僅針對實體結構的動強度進行分析，未考慮輸送管內部攜帶推進劑重量的影響；采用應力分量功率譜密度作為參量進行疲勞壽命估算，則輸送管處于多軸應力狀態下時，忽略了其他應力分量的影響。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種輸送管動強度分析方法，本方法通過采集頻率域內的主要信息-功率譜密度，根據頻率域內載荷過程的統計量分析完成輸送管路的強度分析，本發明解決了管路疲勞壽命的評估標準問題，填補了管路設計領域在該專業方面的空白。

本發明的技術解決方案是：

一種輸送管動強度分析方法包括步驟如下：

（1）首先將推進劑重量等效處理后，在有限元軟件Abaqus中對輸送管進行建模，所述的輸送管道建模包括輸送管的幾何屬性和材料屬性；

（2）判斷輸送管模型幾何和材料的正確性，若不正確返回步驟（1），若正確則對模型施加內壓、位移和溫度載荷，利用有限元軟件Abaqus（采用static general模塊）進行靜強度分析；

（3）判斷輸送管靜強度是否滿足要求，若不滿足要求，改進輸送管道結構返回步驟（1），若滿足要求，則利用有限元軟件Abaqus（采用Frequency模塊）進行模態分析；

（4）利用有限元軟件Abaqus（采用Random response模塊），結合步驟（3）中分析得到的模態以及對模型施加隨機激勵（例如：加速度功率譜密度）進行隨機響應分析得到的應力分量均方根及功率譜密度；

（5）對步驟（4）中分析得到的應力分量均方根及功率譜密度，根據Mises應力功率譜密度估算方法計算Mises應力功率譜密度；

（6）根據步驟（5）中計算得到的Mises應力功率譜密度，由Dirlik公式計算出輸送管的疲勞損傷；

（7）判斷輸送管疲勞損傷是否滿足要求，若不滿足要求，改進輸送管道結構后返回步驟（1），若滿足要求，則結束。

所述步驟（1）中推進劑重量等效處理包括如下步驟：

輸送管等效密度ρ通過公式得到：

其中，D為輸送管路內徑，δ為輸送管路壁厚，ρ₁為輸送管材密度，ρ₂為推進劑密度。

所述步驟（3）中判斷輸送管靜強度是否滿足要求包括如下步驟：

（a）輸送管靜強度安全因子η通過如下公式得到：

其中，σ為靜強度分析得到的輸送管Mises應力，σ_s為管路材料在設計溫度下的屈服強度；

（b）若η≥1，則輸送管靜強度滿足要求，反之若η<1不滿足要求。

所述步驟（5）中Mises應力功率譜密度估算方法如下：

輸送管Mises應力譜密度G(σ_M)通過如下公式得到：

其中，G(σ₁₁)、G(σ₂₂)、G(σ₁₂)為隨機響應分析得到的輸送管各應力分量的譜密度。

所述步驟（6）中疲勞損傷計算方法如下：

輸送管疲勞損傷D_L通過如下公式得到：

其中，C、m為材料疲勞曲線參數，σ_b為管路材料在設計溫度下的強度極限，T為輸送管振動時間，p(S)為Mises應力概率密度，E[p]為單位之間內的峰值數。

所述單位之間內的峰值數E[p]通過如下公式得到：

其中，f₁為隨機激勵的頻率下限，f₂為隨機激勵的頻率上限。