一种可重复使用承力筒设计方法技术

本发明专利技术涉及一种可重复使用承力筒设计方法，属于航天器结构设计领域；包括步骤：确定承力筒的结构组成；对蜂窝芯材料、内外蒙皮材料及铺层角度、前后端框材料进行设计；按照指标要求，设计蜂窝芯、内外蒙皮、前后端框的结构参数；将前后端框与蜂窝夹层壁板、内外蒙皮与蜂窝芯胶接装配；对前后端框与蜂窝夹层壁板的胶接面进行剥离试验，判断是否满足剥离强度设计裕度要求；对承力筒进行航天器鉴定级试验，判断有无损伤；解析承力筒剩余刚度，并判断是否满足承力筒截面弯曲刚度指标；再次对承力筒进行航天器鉴定级试验，完成承力筒重复使用验证。本发明专利技术能够兼顾任务使用要求和低成本、高效率研制需求，可以为航天器结构工程应用提供参考。参考。参考。

【技术实现步骤摘要】
一种可重复使用承力筒设计方法


[0001]本专利技术属于航天器结构设计领域，涉及一种可重复使用承力筒设计方法。

技术介绍

[0002]随着低成本、高效率航天器发展需求的普及，在满足飞行试验任务使用要求的前提下，缩减航天器的研制成本和研制周期成为航天器结构设计和实施的重要考核指标。
[0003]新型航天器结构通常需要经历方案、初样、正样等地面研制阶段，并参与正样飞行试验任务。而航天器具有单机载荷多、系统多、任务工况多的特点，导致航天器结构在各研制阶段的功能、性能和接口要求等往往存在较大差异；同时，新型航天器的研制需要通过各阶段以力学、热学为代表的全覆盖工况的环境试验考核，对结构产品的性能将产生较大影响。因此，为确保指标符合性和应用可靠性，国内外新型、复杂航天器结构产品仍多采用各阶段独立配套的基本思路，经历了方案和初样研制阶段试验考核的结构产品，将不再应用于正样飞行试验任务。而正样结构产品的独立配套将不可避免地带来研制成本的增加和研制周期的延长。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种可重复使用承力筒设计方法，能够兼顾任务使用要求和低成本、高效率研制需求，可以为航天器结构工程应用提供参考。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：
[0006]一种可重复使用承力筒设计方法，包括：
[0007]步骤一、确定承力筒的结构组成，包括蜂窝夹层壁板、前端框和后端框；蜂窝夹层壁板包括蜂窝芯、内蒙皮和外蒙皮；
[0008]步骤二、对蜂窝芯材料、内蒙皮材料及铺层角度、外蒙皮材料及铺层角度、前端框材料和后端框材料进行设计；
[0009]步骤三、按照承力筒轴向压缩力学载荷要求、轴向拉伸力学载荷要求、承力筒截面弯曲刚度要求、裕度指标要求，设计蜂窝芯结构参数，设计内蒙皮和外蒙皮的结构参数，设计前端框和后端框的结构参数；并满足强度设计裕度要求；
[0010]步骤四、将前端框和后端框均与蜂窝夹层壁板胶接装配；将内蒙皮和外蒙皮均与蜂窝芯胶接装配；
[0011]步骤五、在
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40℃～60℃的热载荷环境下，对前端框和后端框与蜂窝夹层壁板的胶接面进行剥离试验，获得交接面趋于最大剥离载荷，判断是否满足剥离强度设计裕度不低于1.15的要求；当满足要求时，进入步骤六；当不满足要求时，对前端框、后端框与蜂窝夹层壁板之间进行补胶，直至满足要求，进入步骤六；
[0012]步骤六、对承力筒进行航天器鉴定级试验，试验后，对承力筒进行损伤检测；当承力筒无损伤时，进入步骤八；当承力筒受到损伤后，进入步骤七；
[0013]步骤七、构建承力筒损伤的有限元模型，对模型施加步骤三中的轴向压缩力学载荷、轴向拉伸力学载荷；当满足指标时，返回步骤四，将损伤位置补胶修复直至航天器鉴定级试验无损伤，进入步骤八；当不满足指标时，返回步骤三，增加蜂窝芯高度，直至满足承力筒截面弯曲刚度不小于2.4
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m2的指标，进入步骤四，将损伤位置补胶修复直至航天器鉴定级试验无损伤，进入步骤八；
[0014]步骤八、再次对承力筒进行航天器鉴定级试验，完成承力筒重复使用验证。
[0015]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤一中，蜂窝夹层壁板为筒状结构；前端框和后端框分别安装在蜂窝夹层壁板的轴向两端；蜂窝芯为筒状结构；内蒙皮贴附在蜂窝芯的内壁；外蒙皮贴附在蜂窝芯的外壁。
[0016]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤二中，蜂窝芯采用5A02材料的铝蜂窝结构；内蒙皮和外蒙皮均采用高强中模T800HB碳纤维增强AG80环氧树脂预浸料；前端框和后端框均采用2A14铝合金材料；内蒙皮和外蒙皮的厚度为0.8mm，且内蒙皮和外蒙皮的铺层角度相同，均为[(+45/
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45)/0/0/90/0/0/(
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45/+45)]。
[0017]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤三中，蜂窝芯尺寸为4mm
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0.04mm；蜂窝芯高度为16
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18mm，内蒙皮和外蒙皮的厚度均为1mm；前端框和后端框均为F型截面，端框水平缘板厚度为5mm，竖直腹板高度为50mm，厚度为2
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4mm；采用上述设计承力筒截面弯曲刚度为3.02
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m2，设计裕度为0.26。
[0018]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述蜂窝芯、内蒙皮、外蒙皮、前端框和后端框采用上述结构设计，实现蜂窝夹层壁板的屈曲稳定性裕度为1.29，侧压强度设计裕度为2.70，蜂窝剪切强度设计裕度为0.56，蒙皮强度设计裕度为0.27，均满足设计裕度不低于0.25要求；端框与蜂窝夹层壁板的胶层剪切强度设计裕度为1.64，满足设计裕度不低于1.15要求。
[0019]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤六中，航天器鉴定级试验包括高温载荷热平衡试验和低温载荷热平衡试验；
[0020]其中，高温载荷热平衡试验为试验温度为+60℃，持续时长为60天；低温载荷热平衡试验为试验温度为
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20℃，持续时长为20天。
[0021]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，承力筒在航天器鉴定级振动试验中的损伤为前端框与蜂窝夹层壁板脱粘、后端框与蜂窝夹层壁板脱粘、内蒙皮发生分层或外蒙皮发生分层中的一种或多种情况；补胶处理为在对应脱粘位置或蒙皮分层位置进行补胶。
[0022]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤七中，承力筒损伤有限元模型的构建方法为：
[0023]蜂窝芯、前端框和后端框均采用六面体单元；内蒙皮、外蒙皮采用壳单元；在胶接区域采用adhesives方式连接，脱粘或分层位置不设连接。
[0024]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述步骤五和步骤七中，补胶的方法为：
[0025]在脱粘区域的上、下两端分别开设直径为1mm的注胶孔，从下端注胶孔进行注胶，直至上端注胶孔有胶液溢出，待胶液固化后即可。
[0026]在上述的一种可重复使用承力筒设计方法，所述胶液采用J
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133低粘度常温固化结构胶。
[0027]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0028](1)本专利技术在研制承力筒时设计了通过各阶段以力学、热学为代表的全覆盖工况的环境试验考核，满足生产的承力筒产品结构产品的性能无论什么工况下均性能稳定；
[0029](2)本专利技术设定了承力筒轴向压缩力学载荷为214kN、轴向拉伸力学载荷为200kN、承力筒截面弯曲刚度不小于2.4
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m2、裕度不低于0.25的指标要求，并根据指标对蜂窝芯材料、内蒙皮材料及铺层角度、外蒙皮材料及铺层角度、前端框材料和后端框材料、蜂窝芯结构参数，设计内蒙皮和外蒙皮的结构参数，设计前端框和后端框的结构参数进行设计，承力筒设计思路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可重复使用承力筒设计方法，其特征在于：包括：步骤一、确定承力筒的结构组成，包括蜂窝夹层壁板、前端框和后端框；蜂窝夹层壁板包括蜂窝芯、内蒙皮和外蒙皮；步骤二、对蜂窝芯材料、内蒙皮材料及铺层角度、外蒙皮材料及铺层角度、前端框材料和后端框材料进行设计；步骤三、按照承力筒轴向压缩力学载荷要求、轴向拉伸力学载荷要求、承力筒截面弯曲刚度要求、裕度指标要求，设计蜂窝芯结构参数，设计内蒙皮和外蒙皮的结构参数，设计前端框和后端框的结构参数；并满足强度设计裕度要求；步骤四、将前端框和后端框均与蜂窝夹层壁板胶接装配；将内蒙皮和外蒙皮均与蜂窝芯胶接装配；步骤五、在
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40℃～60℃的热载荷环境下，对前端框和后端框与蜂窝夹层壁板的胶接面进行剥离试验，获得交接面趋于最大剥离载荷，判断是否满足剥离强度设计裕度不低于1.15的要求；当满足要求时，进入步骤六；当不满足要求时，对前端框、后端框与蜂窝夹层壁板之间进行补胶，直至满足要求，进入步骤六；步骤六、对承力筒进行航天器鉴定级试验，试验后，对承力筒进行损伤检测；当承力筒无损伤时，进入步骤八；当承力筒受到损伤后，进入步骤七；步骤七、构建承力筒损伤的有限元模型，对模型施加步骤三中的轴向压缩力学载荷、轴向拉伸力学载荷；解析承力筒剩余刚度，并判断是否满足承力筒截面弯曲刚度不小于2.4
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m2的指标；当满足指标时，返回步骤四，将损伤位置补胶修复直至航天器鉴定级试验无损伤，进入步骤八；当不满足指标时，返回步骤三，增加蜂窝芯高度，直至满足承力筒截面弯曲刚度不小于2.4
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m2的指标，进入步骤四，将损伤位置补胶修复直至航天器鉴定级试验无损伤，进入步骤八；步骤八、再次对承力筒进行航天器鉴定级试验，完成承力筒重复使用验证。2.根据权利要求1所述的一种可重复使用承力筒设计方法，其特征在于：所述步骤一中，蜂窝夹层壁板为筒状结构；前端框和后端框分别安装在蜂窝夹层壁板的轴向两端；蜂窝芯为筒状结构；内蒙皮贴附在蜂窝芯的内壁；外蒙皮贴附在蜂窝芯的外壁。3.根据权利要求1所述的一种可重复使用承力筒设计方法，其特征在于：所述步骤二中，蜂窝芯采用5A02材料的铝蜂窝结构；内蒙皮和外蒙皮均采用高强中模T800HB碳纤维增强AG80环氧树脂预浸料；前端框和后端框均采用2A14铝合金材料；内蒙皮和外蒙皮的厚度为0.8mm，且内蒙皮和外蒙皮的铺层角度相同，均为[(+45/
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45/+45)]...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳，吴鑫锐，柳征勇，顾铖璋，欧阳文，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：