SolidWorks专区  |  新闻  |  文库  |  资料  |  案例  |  有问必答  |  视点  |  进阶  |  渠道  |  博客  |  电子周刊 |  视频 |  百味书屋

固体火箭发动机试车架中推力架的结构分析研究

发表时间: 2008/9/16 作者: 潘娜*张平*胡全星*李琳 来源: 万方数据
利用SolidWorks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。
 

    1引言

    固体火箭发动机试车架是发动机地面点火试验(包括高空模拟试验)不可缺少的主要设备,试车架的作用是:承受发动机及其附件的全部质量、对发动机加以必要的限位或定位、传递发动机在工作中所产生的推力。试车架的性能对发动机工作的安全可靠性以及推力测量的精确性有直接影响。

    推力架是发动机主推力的传力结构件,使发动机轴线对准主推力测量元件,也是动架的一部分。一般做成锥形结构,大端与发动机前裙端面连接,小端与测力组件定位连接,发动机推力通过前裙端面传给推力架,并通过成锥形均匀分布的多根传力杆件集中到小端传给测力组件。

    2 Cosmos Works的推力架有限元计算分析

    当载荷应用于物体上时,物体发生变形.载荷的作用将传到整个物体上。外部载荷会引起内力和反作用力,使物体进人平衡状态。线性静态分析计算在应用载荷作用下的位移、应变、应力和安全系数。

    2.1推力架SolidWorks三维建模

    根据原固体火箭发动机旋转试车架推力絮的图纸,在SolidWorks中建立其三维模型。此推力架由一个方法兰、一个加强环、六根钢管和一个圆法兰组成。

    2.2网格的划分

    Cosmos Works可根据零件情况自动划分网格的形状及大小,也可由使用者根据需要自行调节网格大小。网格越小.划分得就越精细,网格数也越多,相应的计算量就越大。一般情况下采用默认的网格划分,其结果和精度还是可以接受的。

    这里采用Cosmos Works的实体网格,单元大小为47.841mm,公差为2.3921mm,将推力架共划分为27018个单元格,节数为52712。

    2.3材料赋予

    材料的物理性能参数,如表1所示。

    表1材料的物理性能参数

    2.4建立约束和施加载荷

    约束面取推力架的圆法兰顶面,固定此面。施加载荷面取推力架方法兰底面,压力为1.2e+005,沿垂直于所选面的方向。

    2.5有限元计算分析

    各参数设置完成后,即可点击“运行”由Cosmos works进行分析计算。

    2.5.1应力分析结果

    由分析可得推力架应力(图略)最小值为4972.47,位于(19.3305mm,11.9719mm,-9.90318mm);应力最大值为2.29842e+007,位于(1331.9mm,-419.748mm,-10mm)。

    2.5.2应变分析结果

    由分析可得推力架应变最小值(图略)为2.77733e-008,位于(19.6339mm,5.81588mm,26.1459mm);应变最大值为8.52146e-005,位于(1408.41mm,419.492mm,-3.70811mm)。

    2.5.3位移分析结果

    由分析可得推力架位移最小值(图略)为0,位于(0mm,-335.585mm,-193.75mm);位移最大值为0.000166705m,位于(1475mm,0.00144243mm,-0.000730157mm)。

    2.5.4设计检查结果

    Cosmos works分析计算后,如图1所示。给出了推力架的最小咬全系数为15。可见此推力架结构是安全的,其工作能力尚有较大潜力。试将载荷更换为6e+005=后重新计算,如图2所示。
分页

    由图2可得,载荷增加到原来的5倍后,推力架的最小安全系数为3.1,也是比较安全的。若适当改变红色区域的结构尺寸,此推力架也可用于测量更大推力的试验。

    图1推力架设计检查结果图

    图2载荷加大后推力架设计检查结果图

    3 Cosmos Works的加强环的设计清形分析

    加强环位于推力架的方法兰和圆法兰之间,用于加固6根钢管。

    3.1将模型尺寸定义为参数

    在设计情形参数对话框中添加参数,命名为加强环,设定过滤器为模型尺寸,在图形区域中,选择加强环中心线的直径790mm。

    3.2定义设计情形

    定义s组情形数,在参数组表格中输人数值,如表2所示。

    表2设计情形参数表格

    在结果位置处选择4个位置,分别是方法兰顶面的顶点2(1.45,0.55,-0.5),顶点4坐标(1.45,-0.55,0.5),和方法兰底面的顶点3坐标(1.5,0.55,-0.5),顶点5坐标(1.5,-0.55,0.5)。

    3.3设计情形结果

    由图3可知4个顶点都在加强环中心线直径为780mm的情况下vonMises应力最小。顶点<2>和顶点<4>在加强环中心线直径为760mm的情况下vonMises应力最大,而顶点“>和顶点<5>在其为800mm的情况下vonMises应力最大。且顶点<4>的应力是迅速增大。

    图3、4个顶点的yonMises应力结果

    通过设计情形结果的显示概要还可以得到整个推力架模型在不同设计情形下的七种整体最大数,如表3所示。

    表3设计情形结果显示概要列表框

    4 结论

    通过综合运用SolidWorks和Cosmos对推力架进行三维建模和有限元计算分析,揭示出了推力架构件中的应力分布规律、变形情况和安全性。加强环的设计情形分析可以直观的得到和比较推力架模型在不同的加强环中心线直径的情况下应力、应变、位移的整体最大数。这些分析可以指导今后的优化设计,缩短设计时间,提高设计的准确性和可靠性。



责任编辑:童伟