推进剂贮箱锥柱形金属膜片的翻转特性研究.pdf

上海航天
第29卷2012年第4期
AEROSPACE SHANGHA
文章编号:1006-1630(2012)04-0059-0
推进剂贮箱锥柱形金属膜片的翻转特性研究
吴安达,王亲猛
北京エ业大学机电学院,北京100124)
摘要:基于MSC.Marc非线性有限元软件,对推进剂贮箱雏柱形金属膜片的变形进行仿真研究。模拟了膜
片的翻转变形过程,分析了膜片胡转变形規律和失效因素,提出了膜片有效稳定翻转的条件。
关键词:推进剂贮箱;锥柱形金属膜片;翻转变形;有限元分析;失效
中图分类号:V434.23文献标志码:A
Research of Cone Bar Metal Diaphragm Overturning Characteristics for Propellant Tank
WU An-da, WANG Qing-meng
( College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology
Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
Abstract: The deformation of the cone bar metal diaphragm for the propellant tank was studied by the simulation
based on the MSC. Marc software in this paper. The overturning deformation process of the metal diaphragm was
simulated. The diaphragm overturning deformation rule and failure factors were analyzed, and the diaphra
effective and stable deformation conditions were put forward.
Keywords Propellant tank; Cone bar metal diaphragm; Overturning deformation; Finite clement analysis: Failure
言
1膜片结构及有限元模型
航天推进剂贮箱是火箭、航天飞机、导弹等的
锥柱形金属膜片贮箱由贮箱壳体和内置金属膜
重要部件,贮存燃料并承受全部的结构载荷。按片构成,其结构如图1所示。锥柱形金属膜片包括
工作原理,推进剂贮箱可分为锥球形贮箱、膜片贮预弯边段、柱段和顶部圆弧段,如图2所示。预弯边
箱和表面张力贮箱三种。其中,金属膜片贮箱是部分为圆弧结构,柱段以切线形式连接圆弧段和预
种适于空间工作的推进剂管理装置,可依靠膜弯边段且与水平呈一倾角0。预弯边可明显降低此
片两边的压差,将推进剂挤出贮箱。金属膜片贮处膜片的刚度,使膜片先从预弯边处翻转而不是其
箱内无非金属材料,可实现推进剂特别是氧化剂他区域局部失稳,柱段倾角可减小局部失稳对整体
的长期加注贮存,其研制已成为热点。金属膜片结构的影响
贮箱工作时,增压气体挤压膜片,将推进剂输送到
金属膜片翻转过程的实质是薄壳非线性结构
管路,其间膜片经历了从上半球翻转到下半球的
弹塑性大变形过程18。因此,贮箱膜片的有效稳
增压
推进剂
定翻转是影响贮箱性能的关键。为此,本文基于
气体
贮箱壳体
有限元模型对推进剂贮箱锥柱形金属膜片的翻转
特性进行了仿真研究
金属
膜片
推进剂
收稿日期:2011-01-21;修回日期:2011-04-10
作者简介:吴安达(1987-),男,硕士生,主要研究方向为机械结
图1锥柱形金属膜片贮箱结构
构变形的有限元模拟及可靠性数值分斫。
Fig 1 Structure of cone bar metal diaphragm tank
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