一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法及系统，属于固体火箭发动机壳体设计领域。方法包括：采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型；将作用在壳体上的总内压载荷等分成若干个载荷增量步；计算每个载荷增量步内的内压载荷；按照载荷增量步，将内压载荷依次加载在有限元模型上；求解当前载荷增量步内的线性节点位移；根据线性节点位移计算有限元模型中各结构离散单元内缠绕层的纤维方向应变；根据纤维方向应变判断固体火箭发动机壳体的复合材料层是否失效；若失效，则将所述当前载荷增量步内的内压载荷作为壳体的爆破压力；若未失效，则加载下一个内压载荷。本发明专利技术提高了爆破压力预测的效率。本发明专利技术提高了爆破压力预测的效率。本发明专利技术提高了爆破压力预测的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法及系统


[0001]本专利技术涉及固体火箭发动机壳体设计领域，特别是涉及一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法及系统。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机常用于火箭、导弹等航空航天飞行器，作为飞行器的动力装置，固体火箭发动机具有结构简单、方便存储和维护等优点，适用范围较为广泛。作为动力系统的核心部分，固体火箭发动机壳体主要承受推进剂燃烧过程中产生的内压载荷，是发动机结构的主承力结构件，因此，飞行器的结构性能与固体火箭发动机壳体的强度密切相关。
[0003]为了减轻飞行器的总体质量，目前各国先进的固体火箭发动机壳体均采用比强度高和比刚度高的碳纤维复合材料制造而成，由于固体火箭发动机壳体具有轴对称的结构特点，目前壳体常由碳纤维与树脂结合采用缠绕工艺成型后经过高温固化形成。
[0004]固体火箭发动机壳体一般由前后封头和筒身段组合而成，根据缠绕原理，纤维在封头段会发生厚度堆积以及缠绕角变化，在对固体火箭发动机壳体进行爆破压力预测工作时，必须对壳体复合材料层进行精确的建模才能得到正确的结果。目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法，其特征在于，包括：采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型；将作用在所述固体火箭发动机壳体上的总内压载荷等分成若干个载荷增量步；计算每个所述载荷增量步内的内压载荷；按照所述载荷增量步，将所述内压载荷依次加载在所述有限元模型上；求解当前载荷增量步内的线性节点位移；根据所述线性节点位移计算所述有限元模型中各结构离散单元内缠绕层的纤维方向应变；根据所述纤维方向应变判断固体火箭发动机壳体的复合材料层是否失效；若所述固体火箭发动机壳体的复合材料层失效，则将所述当前载荷增量步内的内压载荷作为固体火箭发动机壳体的爆破压力；若所述固体火箭发动机壳体的复合材料层未失效，则返回“按照所述载荷增量步，将所述内压载荷依次加载在所述有限元模型上”的步骤。2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法，其特征在于，所述采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型，具体包括：根据所述固体火箭发动机壳体的几何特征参数建立复合材料壳体的经线方程；所述几何特征参数包括筒身半径、筒身长度、前封头高度、后封头高度和封头短半轴长度；将壳体轴向坐标进行等距划分，得到多个壳体轴向坐标；将多个所述壳体轴向坐标代入到所述经线方程，得到多个壳体径向坐标，形成多个节点坐标；将相邻两个所述节点坐标连线，得到多个结构离散单元；计算每个所述结构离散单元的复合材料铺层参数；所述复合材料铺层参数包括缠绕厚度和缠绕角；根据所述复合材料铺层参数计算每个所述结构离散单元的复合材料层的弹性矩阵；根据所述结构离散单元，确定节点位移场函数；根据所述节点位移场函数，确定形函数矩阵和几何函数矩阵；根据所述形函数矩阵、所述几何函数矩阵和所述弹性矩阵，确定线性刚度矩阵、初位移矩阵和初应力矩阵；根据所述线性刚度矩阵、所述初位移矩阵和所述初应力矩阵建立有限元模型。3.根据权利要求2所述的固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法，其特征在于，所述求解当前载荷增量步内的线性节点位移，具体包括：利用公式∑K0·
δ
i
＝E求解当前载荷增量步内的线性节点位移；其中，K0为线性刚度矩阵，δ
i
为当前载荷增量步内第i个迭代步的线性节点位移；E为施加在结构离散单元上的当前节点载荷向量之和。4.根据权利要求1所述的固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法，其特征在于，所述根据所述线性节点位移计算所述有限元模型中结构离散单元内各缠绕层的纤维方向应变，具体包括：根据所述线性节点位移计算节点不平衡力；根据所述节点不平衡力计算节点位移增量；
根据所述节点位移增量修正所述线性节点位移，得到修正后的线性节点位移；判断所述当前载荷增量步内的修正后的线性节点位移是否收敛；若所述修正后的线性节点位移收敛，则根据所述修正后的线性节点位移计算所述纤维方向应变；若所述修正后的线性节点位移未收敛，则根据所述修正后的线性节点位移计算所述节点不平衡力。5.根据权利要求1所述的固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法，其特征在于，所述根据所述纤维方向应变判断固体火箭发动机壳体的复合材料层是否失效，具体包括：判断所述纤维方向应变是否小于或等于纤维方向最大伸长应变；若所述纤维方向应变小于或等于纤维方向最大伸长应变，则固体火箭发动机壳体的复合材料层未失效；若所述纤维方向应变大于纤维方向最大伸长应变，则固体火箭发动机壳体的复合材料层失效。6.一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测系统，其特征在于，包括：模型构建模块，用于采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型；等分模块，用于将作用在所述固体火箭发动机壳体上的总内压载荷等...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，张骞，祖磊，冯翔，牟星，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：