發(fā)布時間：2017-08-06 18:27

  本文關(guān)鍵詞：航天推進劑貯箱金屬膜片的翻轉(zhuǎn)仿真與優(yōu)化設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 航天推進劑貯箱 膜片 參數(shù)化 翻轉(zhuǎn) 優(yōu)化分析

【摘要】：航天推進劑貯箱主要由貯箱殼體和金屬膜片組成,是空間推進系統(tǒng)對推進劑實行貯存和控制的裝置。工作時,在一定壓力的增壓氣體作用下,金屬膜片發(fā)生翻轉(zhuǎn)運動,從而將推進劑排出貯箱。期間,膜片經(jīng)歷了從上半球翻轉(zhuǎn)到下半球的彈塑性大變形過程。因此,貯箱膜片能否有效穩(wěn)定的翻轉(zhuǎn)是影響貯箱性能的關(guān)鍵因素。針對不同條件,金屬膜片有多種類型,本文以半球形金屬膜片和帶加強筋的錐柱形膜片為研究對象采用大變形彈塑性有限元法,對其翻轉(zhuǎn)行為進行模擬仿真,并基于正交試驗表,對影響貯箱指標(biāo)的采納數(shù)進行靈敏度分析;之后在半球形膜片的外表面附加上一層防熱層,通過正交試驗表研究防熱層參數(shù)對膜片翻轉(zhuǎn)過程的影響。主要研究內(nèi)容如下:(1)針對無筋金屬膜片,在非線性有限元軟件MSC.Marc中建立金屬膜片的三維殼單元參數(shù)化模型,并對其翻轉(zhuǎn)變形過程進行數(shù)值仿真。對貯箱膜片翻轉(zhuǎn)過程建立多個性能指標(biāo),對膜片尺寸參數(shù)構(gòu)建正交表,對各個性能指標(biāo)做極差分析,得到各參數(shù)對性能指標(biāo)的靈敏度大小,確定各參數(shù)的最優(yōu)組合。(2)針對帶加強筋的錐柱形金屬膜片,對加強筋部分進行實體單元劃分建立有限元分析參數(shù)化模型,并對其翻轉(zhuǎn)過程進行數(shù)值分析。通過分析調(diào)整翻轉(zhuǎn)過程的各影響指標(biāo),并基于正交表,對加強筋參數(shù)做極差分析,確定各參數(shù)的靈敏度大小,得到各參數(shù)的最優(yōu)組合。(3)以最優(yōu)組合為初始點,分別以臨界載荷最小和壓力波動最小作為目標(biāo)函數(shù),采用序列二次規(guī)劃法對加強筋寬度和高度進行優(yōu)化設(shè)計。(4)針對帶防熱層的半球形金屬膜片,采用復(fù)合材料層合板設(shè)置建立三維殼單元參數(shù)化模型,并對其翻轉(zhuǎn)過程進行數(shù)值仿真。對防熱層參數(shù)進行正交表試驗分析,確定防熱層參數(shù)對貯箱膜片翻轉(zhuǎn)性能的影響。通過以上研究,得出本文主要結(jié)論如下:(1)貯箱膜片翻轉(zhuǎn)過程分為3個階段:屈曲前的彈性階段、屈曲后的穩(wěn)定翻轉(zhuǎn)階段和翻轉(zhuǎn)后期內(nèi)壓階段。膜片各參數(shù)主要影響第二階段翻轉(zhuǎn)過程。(2)針對無筋金屬膜片,在預(yù)彎邊半徑、公切線長度和公切線錐角三個幾何參數(shù)中,公切線長度對膜片質(zhì)量、最大應(yīng)力和臨界載荷影響最大,預(yù)彎邊半徑對膜片頂點徑向位移和壓力波動影響最大。(3)針對帶加強筋錐柱形膜片,在加強筋高度、寬度和數(shù)量三個幾何參數(shù)中,加強筋數(shù)量對加強筋質(zhì)量和頂點徑向位移影響最大,加強筋高度對膜片最大應(yīng)力和壓力波動影響最大,加強筋寬度對膜片臨界載荷影響最大。(4)對正交表得到的最優(yōu)組合進行優(yōu)化分析,使膜片壓力波動最小,優(yōu)化之后壓力波動減小了7.4%,對于優(yōu)化迭代過程,可以通過正交試驗設(shè)計的極差分析進行粗略預(yù)估,從而節(jié)省精力和時間。(5)針對帶防熱層的半球形膜片,通過試驗分析發(fā)現(xiàn)膜片臨界載荷與防熱層厚度基本呈二階關(guān)系,與防熱層彈性模量基本呈一階線性關(guān)系,符合理論分析結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：航天推進劑貯箱 膜片 參數(shù)化 翻轉(zhuǎn) 優(yōu)化分析
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V432
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 推進劑貯箱膜片研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國內(nèi)外貯箱研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 貯箱金屬膜片翻轉(zhuǎn)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 參數(shù)分析概況15
• 1.3 本文的研究內(nèi)容15-18
• 第2章 無筋金屬膜片的翻轉(zhuǎn)仿真與參數(shù)分析18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 半球形金屬膜片的翻轉(zhuǎn)仿真18-26
• 2.2.1 膜片結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 膜片參數(shù)設(shè)定19-21
• 2.2.3 翻轉(zhuǎn)過程分析21-24
• 2.2.4 評價指標(biāo)的選擇24-25
• 2.2.5 參數(shù)化仿真流程25-26
• 2.3 半球形金屬膜片的參數(shù)分析26-30
• 2.3.1 正交試驗設(shè)計26-27
• 2.3.2 正交表極差分析27-29
• 2.3.3 正交表最優(yōu)組合的選取29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第3章 帶加強筋膜片的翻轉(zhuǎn)仿真與參數(shù)分析32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 帶加強筋膜片的翻轉(zhuǎn)仿真32-37
• 3.2.1 膜片結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)定32-33
• 3.2.2 加強筋對膜片翻轉(zhuǎn)過程的影響33-36
• 3.2.3 加強筋對膜片翻轉(zhuǎn)性能指標(biāo)的影響36-37
• 3.2.4 參數(shù)化仿真流程37
• 3.3 帶加強筋膜片的參數(shù)分析37-42
• 3.3.1 加強筋參數(shù)的正交試驗設(shè)計37-38
• 3.3.2 重量指標(biāo)的調(diào)整38-39
• 3.3.3 正交表極差分析39-42
• 3.3.4 正交表最優(yōu)組合的選取42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 膜片翻轉(zhuǎn)優(yōu)化分析44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 序列二次規(guī)劃法介紹44-46
• 4.3 優(yōu)化設(shè)計46-51
• 4.3.1 優(yōu)化參數(shù)的選擇46-47
• 4.3.2 臨界載荷最小的優(yōu)化設(shè)計47
• 4.3.3 壓力波動最小的優(yōu)化設(shè)計47-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 帶防熱層膜片的翻轉(zhuǎn)仿真與參數(shù)分析52-62
• 5.1 引言52
• 5.2 帶防熱層膜片翻轉(zhuǎn)仿真52-54
• 5.3 理論分析54-55
• 5.4 全因子表設(shè)計及分析55-61
• 5.4.1 全因子表設(shè)計55-56
• 5.4.2 對防熱層厚度分析56-58
• 5.4.3 對防熱層彈性模量分析58-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70
• 致謝70

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本文編號：630988