The utility model relates to a fork-shaped ring stress diffusion structure with unequal thickness wall and a design method thereof, belonging to the technical field of aerospace tanks. The fork ring stress diffusion structure is an axisymmetric structure. The main characteristics of the structure are the cross-section configuration, which includes Y-shaped transition zone, weld heat-affected zone and tube section. The stress diffusion structure of fork-shaped ring with unequal thickness wall adopts the method of double-sided stress homogenization to determine the structural parameters of cross-section thickness. After optimization, the axial stress in the welded zone is very uniform, which is close to the pure-axis tension state, and the carrying capacity of the tank is greatly improved compared with the traditional design scheme. The invention solves the problem of original weld design defect, creatively solves the problem of deformation coordination and effective stress diffusion of a new composite structure of \large diameter fork ring-abnormal ring weld-large diameter-thickness ratio cylinder wall\, and realizes the structural design of fork ring structure of large diameter launch vehicle tank.
【技术实现步骤摘要】
一种非等厚壁面叉形环应力扩散结构及其设计方法
本专利技术属于航空航天贮箱
,提供运载火箭贮箱上的非等厚壁面叉形环应力扩散结构及其设计方法。
技术介绍
叉形环也称过渡环,是航天箭体结构中一类关键的传力结构,连接着运载火箭燃料贮箱箱底、直筒段和前后短壳。在轴压、弯矩和内压的联合作用下,受力状态极为复杂。焊缝区域是火箭贮箱叉形环等连接结构设计的危险区域。对焊缝强度计算,传统结构设计一般采用工程算法。工程算法认为,贮箱为薄壁壳体,焊缝应力基本为膜应力,焊缝破坏是由于垂直于焊缝方向的轴向应力超过了材料的强度极限。运载火箭设计部门进行了大量的大型薄壁箱体焊接结构实验,发现以工程算法给出的设计结果一般都能够满足设计载荷要求。因此,一直以来认为贮箱强度计算采用的工程算法是非常成熟的。然而,2012年6月,CZ-5运载火箭研制过程中,基于工程算法设计的芯二级氢箱低温静力地面实验中,在未达到设计压力情况下,箱体焊缝出现长约300mm的裂纹,暴露了基于工程算法给出的传统叉形环结构构型的不足。通过对CZ-5运载火箭芯二级氢箱的分析发现,由于二级氢箱内压梯度很大,其前底内压远小于后底,从而对于贮箱叉形环焊缝,除了膜应力外还存在造成很大的弯曲应力,弯曲应力和膜应力叠加后形成很高的单侧应力。造成这一结果的原因在于叉形环连接三个工作环境大相径庭的构件,在结构受力形式较为复杂的情况下,原叉形环设计未考虑该结构与其临近连接结构间的刚度匹配问题,应力传递路线不合理,导致由边界扩散而来的应力流无法均匀地经由叉形环传导至贮箱筒壁,最终造成贮箱结构在其过渡段焊缝区域内外壁应力差巨大。因此,基于 ...
【技术保护点】
1.一种非等厚壁面叉形环应力扩散结构,其特征在于,所述的叉形环应力扩散结构是轴对称结构,结构主要特征体现于结构的截面构型,采用双面应力均化方法确定截面厚度的结构参数;所述的叉形环应力扩散结构的截面构型主要包括三个区域:叉形环过渡区、焊缝热影响区、筒段区域;所述的叉形环过渡区外侧表面竖直且光滑,内侧表面呈弧形且光滑;所述的焊缝热影响区外侧表面竖直且变厚度,内侧表面竖直且变厚度;所述的筒壳区域外侧表面竖直且变厚度,内侧表面竖直且变厚度。
【技术特征摘要】
1.一种非等厚壁面叉形环应力扩散结构,其特征在于,所述的叉形环应力扩散结构是轴对称结构,结构主要特征体现于结构的截面构型,采用双面应力均化方法确定截面厚度的结构参数;所述的叉形环应力扩散结构的截面构型主要包括三个区域:叉形环过渡区、焊缝热影响区、筒段区域;所述的叉形环过渡区外侧表面竖直且光滑,内侧表面呈弧形且光滑;所述的焊缝热影响区外侧表面竖直且变厚度,内侧表面竖直且变厚度;所述的筒壳区域外侧表面竖直且变厚度,内侧表面竖直且变厚度。2.根据权利要求1所述的一种非等厚壁面叉形环应力扩散结构,其特征在于,所述的叉形环应力扩散结构的材料选用可焊性好的高强铝合金板材,且使用前板材做预拉伸处理;壁板整体机械铣切后滚弯;机铣圆角减少结构废重。3.一种非等...
【专利技术属性】
技术研发人员:王博,黄诚,吴会强,赵亮,郝鹏,王斌,杜凯繁,石云峰,张希,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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