大直徑薄壁箱體結構力學分析與精細優(yōu)化設計.pdf

1、我國目前正在研制新一代運載火箭貯箱結構，未來還將研制重型運載火箭貯箱結構。隨著結構尺度不斷增加，結構尺寸效應更加明顯，輕量化要求更高，傳統(tǒng)的設計思路和方法已不能滿足要求，在結構設計中需要更精細化的設計思路和量化控制手段。本文對大直徑貯箱典型結構開展力學性能分析與優(yōu)化設計，具體內容如下:
　　1.針對某大直徑貯箱Y形過渡環(huán)進行強度分析與精細優(yōu)化設計。首先探討過渡環(huán)與筒段焊縫連接處內外側應力差過大的原因，然后研究Y形環(huán)和筒段形貌對焊縫

2、及熱影響區(qū)應力分布的影響規(guī)律。最后基于參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化的協(xié)同優(yōu)化策略，利用ISIGHT多學科優(yōu)化軟件集成有限元分析軟件ABAQUS搭建優(yōu)化平臺，基于該平臺的最終優(yōu)化結果可以有效地改善Y形環(huán)和筒段焊縫連接處的應力水平，提高貯箱的承載能力。
　　2.針對大直徑貯箱三心底的應力狀態(tài)和內壓穩(wěn)定性進行研究。首先通過理論分析、有限元計算和試驗測試探討三心底的應力變化規(guī)律，并驗證邊緣應力是過渡區(qū)應力波動的主要原因。根據(jù)邊緣應力的性質和特點，提

3、出有效抑制邊緣應力的具體措施。最后基于有限元分析軟件ABAQUS，對受內壓三心底進行彈、塑性屈曲分析，討論屈曲行為對幾何參數(shù)的敏感性，結果顯示屈曲載荷和屈曲形態(tài)對幾何參數(shù)比較敏感。
　　3.針對大直徑貯箱橢球底模數(shù)和內壓穩(wěn)定性進行研究。首先從理論上分析模數(shù)對橢球底應力、貯箱承載能力、箭體長度、貯箱重量及箱底與短殼間空間的影響規(guī)律。然后探討筒段邊界對橢球底屈曲載荷和臨界屈曲模數(shù)的影響，結果顯示筒段邊界對橢球底內壓屈曲行為存在抑制作用