一种导弹发射筒三向应力确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种导弹发射筒三向应力确定方法及系统。该方法包括根据导弹发射筒中纤维层及内衬层的材料基本力学性能确定纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系；根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层和内衬层的应力的分布方程；根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力；根据径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常。本发明专利技术能够实现碳纤维增强金属内衬导弹发射筒应力快速计算、校核。校核。校核。

【技术实现步骤摘要】
一种导弹发射筒三向应力确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及导弹发射筒强度分析领域，特别是涉及一种导弹发射筒三向应力确定方法及系统。

技术介绍

[0002]复合材料具有高强度、高比模量、耐腐蚀和性能可设计强等一系列的优点，在航空航天、船舶、汽车、体育等领域的应用日益广泛。碳纤维增强树脂基复合材料是一种应用广泛的性能优良的先进复合材料，随着复合材料技术的不断革新，这种材料在军工领域的应用越来越广泛，先进复合材料的应用已经成为未来军事
竞争的又一高地。不同于传统的金属材料，碳纤维增强树脂基复合材料是各向异性材料，而金属内衬是各向同性材料，在内压的作用下，内衬的受力情况较易计算，但是复合材料增强层的受力情况较为复杂。在实际制造过程中，增强层的纤维按照设计要求与轴向成一定的角度进行铺放或缠绕，增强层复合材料的材料坐标系和全局坐标系一般不重合，因此复合材料增强层的强度的计算较为复杂。碳纤维复合材料的强度高，但却是典型的脆性材料，因此研究其受力情况判断是否发生失效就成为设计阶段必不可缺的环节。
[0003]目前，碳纤维增强金属内衬导弹发射筒应力计算大多采用现有的商用有限元软件，如ABAQUS，ANSYS等，但其在建模时过于复杂以及计算时间过长，大大加长了设计周期。
[0004]因此，亟需一种新方法或系统，以实现碳纤维增强金属内衬导弹发射筒应力快速计算、校核，进而对碳纤维增强金属内衬导弹发射筒设计具有指导性的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种导弹发射筒三向应力确定方法及系统，能够实现碳纤维增强金属内衬导弹发射筒应力快速计算、校核。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种导弹发射筒三向应力确定方法，包括：
[0008]根据导弹发射筒中纤维层及内衬层的材料基本力学性能确定纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系；所述材料基本力学性能包括：弹性模量以及泊松比；
[0009]根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程；
[0010]根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力；
[0011]根据纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常。
[0012]可选地，所述根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程，具体包括：
[0013]利用公式确定内衬层的应力的分布方程；
[0014]利用公式确定纤维层的应力的分布方程；
[0015]其中，和分别为内衬层在柱坐标系下的应力，和分别为纤维层在柱坐标系下的应力，w为系数，C
3k
和C
4k
为系数，μ为内衬层的泊松比，r为沿内衬层径向的坐标，r0≤r≤r1，r0为内衬层的内径，r1是内衬层的外径，C1和C2为系数，f
1k
、以及均为系数，r
qk
为r的(qk)次方，为r的(
‑
q
k
‑
1)次方，q
k
为纤维层径向位移场中的系数。
[0016]可选地，所述根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，之前还包括：
[0017]利用公式确定内衬层的径向位移场；
[0018]利用公式确定第k层纤维层的径向位移场；
[0019]利用公式确定边界约束；
[0020]其中，ε
A
＝0，为内衬层的径向位移场，为第k层纤维层的径向位移场，P
w
为内压，M为纤维铺层总数，r
M
为第M层纤维层的内径，M为正数，R为纤维层的总的外径，为第M层纤维层的径向的应力，p
k
为纤维层径向位移场中的系数。
[0021]可选地，所述根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，具体包括：
[0022]利用公式
[0023]确定应力分布方程系数的解的方程；
[0024]其中，C1，C2，
···
，C
4M
均为系数。
[0025]可选地，所述根据纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常，具体包括：
[0026]利用公式将纤维层和内衬层在柱坐标系下的三向应力转换为笛卡尔直角坐标系下的三向应力；
[0027]其中，和分别为笛卡尔直角坐标系下的三向应力，m＝cosα，n＝sinα，α是第k层的缠绕角。
[0028]可选地，所述根据纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常，具体包括：
[0029]利用公式验证纤维层；
[0030]若ζ>1，则纤维层失效；反之，则纤维层正常；
[0031]其中，其中，X
t
为纤维纵向拉伸强度，X
c
为纤维纵向压缩强度，Y
t
为纤维横向拉伸强度，Y
c
为纤维横向压缩强度。
[0032]一种导弹发射筒三向应力确定系统，包括：
[0033]应力与应变关系确定模块，用于根据导弹发射筒中纤维层及内衬层的材料基本力学性能确定纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系；所述材料基本力学性能包括：弹性模量以及泊松比；
[0034]应力的分布方程确定模块，用于根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程；
[0035]径向位移和三向应力确定模块，用于根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的
应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力；
[0036]验证结果确定模块，用于根据纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常。
[0037]可选地，所述应力的分布方程确定模块具体包括：
[0038]内衬层的应力的分布方程确定单元，用于利用公式确定内衬层的应力的分布方程；
[0039]纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导弹发射筒三向应力确定方法，其特征在于，包括：根据导弹发射筒中纤维层及内衬层的材料基本力学性能确定纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系；所述材料基本力学性能包括：弹性模量以及泊松比；根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程；根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力；根据纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，采用蔡吴失效准则验证纤维层，确定验证结果；所述验证结果包括：纤维层失效或纤维层正常。2.根据权利要求1所述的一种导弹发射筒三向应力确定方法，其特征在于，所述根据纤维层及内衬层在柱坐标系下的应力与应变关系确定纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程，具体包括：利用公式确定内衬层的应力的分布方程；利用公式确定纤维层的应力的分布方程；其中，和分别为内衬层在柱坐标系下的应力，和分别为纤维层在柱坐标系下的应力，w为系数，和为系数，μ为内衬层的泊松比，r为沿内衬层径向的坐标，r0≤r≤r1，r0为内衬层的内径，r1是内衬层的外径，C1和C2为系数，以及均为系数，r
qk
为r的(qk)次方，为r的(
‑
q
k
‑
1)次方，q
k
为纤维层径向位移场中的系数。3.根据权利要求2所述的一种导弹发射筒三向应力确定方法，其特征在于，所述根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，之前还包括：利用公式确定内衬层的径向位移场；利用公式确定第k层纤维层的径向位移场；
利用公式确定边界约束；其中，ε
A
＝0，为内衬层的径向位移场，为第k层纤维层的径向位移场，P
w
为内压，M为纤维铺层总数，r
M
为第M层纤维层的内径，M为正数，R为纤维层的总的外径，为第M层纤维层的径向的应力，p
k
为纤维层径向位移场中的系数。4.根据权利要求3所述的一种导弹发射筒三向应力确定方法，其特征在于，所述根据纤维层的径向位移场、内衬层的径向位移场、导弹发射筒中纤维层和内衬层的边界约束以及纤维层的应力的分布方程和内衬层的应力的分布方程确定纤维层和内衬层在柱坐标系下的径向位移和三向应力，具体包括：利用公式利用公式确定应力分布方程系数的解的方程；其中，C1，C2，
···
，C
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖磊，王相龙，张骞，张桂明，吴乔国，陈世军，扶建辉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：