[發(fā)明專利]一種C/SiC舵面熱強度計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010135673.3
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111428398B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張旭東;張磊;時光輝;宋鋒;許斌;陶永強
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空天技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15;G06F119/14;G06F119/08
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本發(fā)明的一種C/SiC舵面熱強度計算方法，通過以下步驟實現(xiàn)：步驟一，對C/SiC舵面建模，其中對C/SiC的接觸面通過設(shè)置和消除虛擬過盈配合的方法來建模；步驟二，對建立的C/SiC舵面模型進行剩余強度系數(shù)計算；步驟三，通過對步驟二得到的剩余強度系數(shù)的處理，判斷C/SiC舵面的熱強度。本發(fā)明在C/SiC的接觸面通過設(shè)置和消除虛擬過盈配合的方法來建模，解決了接觸問題收斂性差的問題，并且能準確的獲得C/SiC的接觸面的應力場與位移場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱強度計算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種C/SiC舵面熱強度計算方法。

背景技術(shù)

高速飛行器在使役條件下承受著嚴酷的氣動熱載荷，飛行器駐點溫度極高，飛行器關(guān)鍵區(qū)域(如舵面、端頭體等)還必須保持疏導熱的氣動外形。此類結(jié)構(gòu)空間相對狹小，且面臨嚴酷的載荷環(huán)境，因此需要防熱承載一體化結(jié)構(gòu)才能滿足要求。目前常用的防熱承載一體化結(jié)構(gòu)有C/C前緣結(jié)構(gòu)、C/SiC舵面結(jié)構(gòu)、C/SiC頭錐結(jié)構(gòu)等。國內(nèi)C/C結(jié)構(gòu)由于材料本身抗氧化問題還沒有得到廣泛應用，目前國內(nèi)臨近空間飛行器防熱承載一體化結(jié)構(gòu)大部分使用C/SiC材料。

C/SiC舵面主體采用C/SiC復合材料，具有高溫承載效果好、輕量化等優(yōu)勢。舵軸一般采用金屬材料，承受舵面的集中載荷，提高結(jié)構(gòu)可靠性。由于金屬的線膨脹系數(shù)是C/SiC的十余倍，為了避免高溫條件下舵面與舵軸間出現(xiàn)熱變形不匹配導致的熱應力，二者接觸面需設(shè)置變形協(xié)調(diào)量。同樣，在進行熱強度計算的過程中，為了避免通過將舵面和舵軸綁定在一起出現(xiàn)的虛假熱應力，需在計算過程中將二者設(shè)置接觸關(guān)系，以模擬在熱變形過程中舵面與舵軸間通過滑動達到變形協(xié)調(diào)的情況。現(xiàn)有技術(shù)中，對接觸問題的處理方法為：定義接觸對、設(shè)置接觸屬性后即開展計算，這樣處理接觸問題的收斂性較差，往往由于不收斂導致計算失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種C/SiC舵面熱強度計算方法。本發(fā)明方案能夠解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種C/SiC舵面熱強度計算方法，通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟一，對C/SiC舵面建模，其中對C/SiC的接觸面通過設(shè)置和消除虛擬過盈配合的方法來建模；

步驟二，對建立的C/SiC舵面模型進行剩余強度系數(shù)計算；

步驟三，通過對步驟二得到的剩余強度系數(shù)的處理，判斷C/SiC舵面的熱強度。

進一步的，所述的接觸面包括C/SiC舵面主體和金屬舵軸的所有連接面。

進一步的，所述的步驟一中，C/SiC的接觸面的建模方法為：

S1.1設(shè)置增加虛擬過盈配合計算步和舵面初始時刻溫度場，

S1.2在C/SiC的接觸面上設(shè)置虛擬過盈配合-Δ，在S1.1的狀態(tài)下，利用增加虛擬過盈配合計算步，建立接觸面間穩(wěn)定的接觸關(guān)系；

S1.3設(shè)置消除虛擬過盈配合計算步和舵面計算時刻的溫度場；

S1.4在C/SiC的接觸面上設(shè)置虛擬過盈配合Δ，在S1.3的狀態(tài)下，利用消除虛擬過盈配合計算步，計算此時的應力場與位移場。

進一步的，所述的虛擬過盈配合Δ的取值大于接觸面之間的最大間隙，同時小于接觸面上的單元最小厚度。

進一步的，所述的步驟二中的剩余強度系數(shù)計算方法為：

S2.1利用步驟一中的C/SiC舵面模型、步驟S 1.1和S1.3中設(shè)置的溫度場，計算得到各個溫度下C/SiC舵面的應力；

S2.2利用步驟一中的C/SiC舵面模型、步驟S 1.1和S1.3中設(shè)置的溫度場，計算得到步驟2.1中對應溫度下的C/SiC舵面的材料強度；