【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械制造加工领域，具体涉及一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法。
技术介绍
1、航天运载火箭的研制水平能够体现出一个国家航天
的整体实力，同时也是一个国家进入宇宙空间能力的重要体现。推进剂火箭贮箱作为航天运载火箭的主承力结构，是影响运载火箭安全性和可靠性的关键部件，占火箭总质量的60％，该结构的轻量化设计与高质量制造是航天运载火箭技术发展的有力保障。
2、火箭贮箱整体制造流程复杂、变形量大、残余应力较高且重分布效应强烈。不同工序造成的残余应力相互叠加，将对贮箱结构内部残余应力演化造成较大的影响。精确掌握制造过程中火箭贮箱残余应力的分布状态以及各工序之间残余应力的交互作用机制是提高贮箱整体可靠性的重要前提，也是优化贮箱工艺参数的基础。在当前技术下采用传统的实验方法对火箭贮箱制造部件的残余应力、变形分布进行实时精确地测量费时费力，成本较高。
3、随着计算机模拟技术的快速发展，采用计算机数值模拟计算方法对复杂结构件成形过程残余应力、变形计算已有部分案例。如cn113673055a公开了一种采用应力遗传和加工应力耦合的方法计算船用柴油机身残余应力的建模及分析方法；cn116090306a公开了一种多工序耦合下连杆加工应力与变形有限元建模方法。上述案例都是在同一模型或模型网格尺寸相同的前提下进行计算，难以满足不同网格尺寸与密度的模型的数据传递需求，阻碍了复杂结构制造多工序下的残余应力仿真，不利于应力传递分析。因此亟需开发一种适用不同网格尺寸的数据传递方法，基于此方法开展火箭贮箱制造工序
技术实现思路
1、本专利技术的目的是设计一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法。
2、本专利技术要解决的主要问题是：传统实验方法精准测量火箭贮箱制造全流程残余应力成本较高、费时费力；仿真计算时不同工序模型间网格非共格，模型数据传递较为困难，难以全面完整的考虑制造全流程工序下残余应力大小，目前针对火箭贮箱制造多工序残余应力的时序性计算存在困难。
3、本专利技术中提及的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，具体内容为：
4、(1)根据火箭贮箱结构简化模型，重点研究箱底、筒段部件，对其进行等比例缩放后导入有限元软件，分别制定箱底、筒段部件的成形工序；
5、(2)对箱底、筒段第一道成形工序模型设置材料属性、边界条件计算得到应力场、变形结果，进一步提取第一道工序模型节点应力、变形数据；
6、(3)基于不同工序模型之间的网格尺寸、类型差异进行数据映射，采用节点距离加权平均计算实现不同模型间应力、变形传递，考虑上一道工序应力对当前工序成形的影响，将其作为当前工序模型的初始条件，重复此步骤直至分别完成箱底、筒段部件的成形仿真；
7、(4)针对箱底、筒段组合成形的搅拌摩擦焊接工序，分别传递部件成形应力、变形数据，计算得到火箭贮箱制造最终残余应力、变形分布结果。
8、优选地，步骤(1)是考虑火箭贮箱结构特点及主要研究对象，忽略对火箭贮箱残余应力影响较小的结构(如叉形环、短壳等)与不必要的流程(如运输过程振动、颠簸等)，简化后的火箭贮箱结构包括2块整体箱底、4块长筒段。
9、优选地，步骤(1)中火箭贮箱箱底、筒段成形工序制定分别为：箱底包括一次旋压、去应力退火、二次旋压、去应力退火工序；筒段包括滚弯成形、粗铣内壁、精铣内壁、搅拌摩擦焊工序；二者最终通过搅拌摩擦焊连接成形。
10、优选地，步骤(2)是对箱底、筒段第一道成形工序进行仿真计算，对坯料设置材料属性与边界条件，施加约束载荷后对几何模型划分网格并设置网格属性为c3d10mt，第一道成形工序计算完成后遍历读取模型结果文件.odb中的网格节点编号，提取模型节点应力、变形数据，包括如下步骤：读取部件成形工序结果文件.odb；对.odb文件的网格编号(a1，a2…an)、节点编号(n1，n2…nn)进行遍历搜索并读取；根据已提取的网格编号ai与节点编号ni，遍历搜寻读取对应的节点应力σi、变形δi；重复上一步骤直至无遍历区间，提取得到应力、变形结果。
11、优选地，步骤(3)是不同模型间应力、变形传递，包括如下步骤：读取部件当前工序模型与上一道工序模型.inp文件；找到当前工序模型.inp文件网格节点m在上一道工序模型.inp的对应位置点m’；在点m’处建立局部坐标系，计算m’距各个象限节点n1，n2，n3，n4的距离di(若模型为二维则节点数i值取4，若模型为三维则节点数i值取8)，m’距各个节点n1，n2，n3，n4的距离di为(i＝1，2，3，4)其中象限节点ni、m’的坐标分别为(ni(x)，ni(y))、(m’(x)，m’(y))；计算各个节点与m’的距离比例系数ki，其表达式为(i＝1，2，3，4)；根据距离比例系数ki，计算节点m’映射到节点m的应力σm、变形δm，其表达式为对当前工序模型.inp网格节点依次进行运算，即可完成上一道工序的应力、变形传递，继而进行当前工序残余应力计算；分别对火箭贮箱箱底、筒段部件成形进行仿真，得到部件的成形应力、变形数据。
12、优选地，步骤(4)是对箱底、筒段部件分别成形后，计算二者搅拌摩擦连接成形的残余应力场、变形分布，在每一道工序计算完成后均采用步骤(2)、步骤(3)方法完成应力、变形映射，从而得到火箭贮箱制造全流程的残余应力、变形结果。
13、本专利技术的有益效果：本专利技术与现有技术相比，综合考虑了火箭贮箱制造全流程工序的残余应力、变形分布，实现了不同网格尺寸模型之间的数据传递。通过分解贮箱结构、零部件成形工序仿真、模型节点数据提取与映射、整体件成形仿真的流程，将上一道工序中计算的残余应力通过节点距离加权计算映射到当前工序模型，考虑多工序过程中的残余应力遗传特性，输出最终火箭贮箱成形的残余应力、变形结果，通过仿真计算筛选最优工艺参数，对火箭贮箱残余应力、变形进行精准调控。此外，本专利技术提出节点距离加权计算的方式进行不同模型间数据传递具有简洁可行、易于开发的特点，可以按需进行不同工序模型的改写，从而提高对复杂工序的适应性，便于计算。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(1)是考虑火箭贮箱结构特点及主要研究对象，忽略对火箭贮箱残余应力影响较小的结构(如叉形环、短壳等)与不必要的流程(如运输过程振动、颠簸等)，简化后的火箭贮箱结构包括2块整体箱底、4块长筒段。
3.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(1)中火箭贮箱箱底、筒段成形工序制定分别为：箱底包括一次旋压、去应力退火、二次旋压、去应力退火工序；筒段包括滚弯成形、粗铣内壁、精铣内壁、搅拌摩擦焊工序；二者最终通过搅拌摩擦焊连接成形。
4.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(2)是对箱底、筒段第一道成形工序进行仿真计算，对坯料设置材料属性与边界条件，施加约束载荷后对几何模型划分网格并设置网格属性为C3D10MT，第一道成形工序计算完成后遍历读取模型结果文件.odb中的网格节点编号，提取节
5.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(4)是对箱底、筒段部件分别成形后，计算二者搅拌摩擦连接成形的残余应力场、变形分布，在每一道工序计算完成后均采用步骤(2)、步骤(3)方法完成应力、变形映射，从而得到火箭贮箱制造全流程的残余应力、变形结果，通过预先仿真计算可以筛选最优工艺参数，实现残余应力仿真优化设计，大大减少实验成本。
6.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，所用仿真求解有限元软件为ABAQUS，分析模式包括动力学-显示、动力学-隐式组合分析。
...【技术特征摘要】
1.一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(1)是考虑火箭贮箱结构特点及主要研究对象，忽略对火箭贮箱残余应力影响较小的结构(如叉形环、短壳等)与不必要的流程(如运输过程振动、颠簸等)，简化后的火箭贮箱结构包括2块整体箱底、4块长筒段。
3.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(1)中火箭贮箱箱底、筒段成形工序制定分别为：箱底包括一次旋压、去应力退火、二次旋压、去应力退火工序；筒段包括滚弯成形、粗铣内壁、精铣内壁、搅拌摩擦焊工序；二者最终通过搅拌摩擦焊连接成形。
4.如权利要求书1所述的一种火箭贮箱制造全流程残余应力仿真优化设计方法，其特征在于，上述步骤(2)是对箱底、筒段第...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，程立宏，占小红，段宇航，赵耀邦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。