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《航天器发动机推力支架桁架结构的有限元分析与优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、航天器发动机推力支架桁架结构的有限元分析与优化设计?新材料新工艺?航天器发动机推力支架桁架结构的3有限元分析与优化设计彭超义 曾竟成 肖加余 杜 刚 杨孚标(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙 410073)文 摘 对某航天器上的推力支架结构和承载状态进行了分析,设计了一系列桁架结构,以碳纤维/环氧复合材料管件作为桁架结构的组成构件,采用有限元分析软件Ansys7.0对桁架结构的尺寸进行了优化,并优选出桁架质量和载荷相同条件下承载性能最好的桁架结构形式。关键词 推力支架,结构分析,桁架结构,优化设计,有限元FiniteElementA
2、nalysisThrust XiaoJiayu DuGang YangFubiao(andMaterialsInstitute,NationalUniversityofDefenseandTechnology,Changsha 410073)Abstract Aseriesofthrusttrussstructuresaredesignedbyanalyzingmechanicalpropertiesofthethrust———————————————————————————————————————————————trussstructu
3、reanditsloadingstatusonsomespacecraft.Carbon/epoxycompositetubesareusedasthetrussspars.Finiteele2mentanalysissoftwareAnsys7.0isusedtooptimizedimensionsofthetrussstructures,andthebesttrussstructureisse2lectedundersametrussmassandloadconditions.Keywords Thrust,Structuralanalys
4、is,Trussstructure,Optimumdesign,Finite1 引言ERS—1卫星壳体内部主要由M40制成的Φ0.5mCFRP的推力筒是主承载部件,用以支撑设备架、太航天器发动机产生的巨大推力经由推力支架传递到液氢和液氧储罐上,从而推动航天器飞行前进。空间桁架结构是大载荷下的主承载结构,如美国航天结构集团Goodrich公司为NASA的“冒险星”生产的GRID2LOCK桁架结构,包括连接液氧贮箱和液氢贮箱的IM7/APC2热成型桁架结构,连接发动机与两个液氢贮箱的碳纤维/环氧复合材料和硼—碳纤维/环氧混杂复合材料多功能推力桁架结
5、构;日本收稿日期:2003205212;修回日期:2003-08-113国家863项目基金资助:2002AA724052R○阳电池阵和设备架上固定的各种仪器设备;法国宇航公司(Aerospatiale)将碳纤维或玻璃纤维/环氧复合材料制作的应力传输轴用于机场支架,此传输轴压力可达294kN以上,拉力可达245kN,比用金属质量减轻30%。推力支架是由下端框、上端板、接头和杆件等组成的空间桁架结构(图1)。为了降低其质量而又保彭超义,1977年出生,博士研究生,主要从事聚合物基复合材料工艺及其结构力学的研究工作——————————————————
6、—————————————————————————————宇航材料工艺 2003年 第6期—21—证桁架结构的承载稳定性,主要有两条途径:一是采用比强度和比刚度大的复合材料代替传统金属材料作为主承载构件;二是对桁架结构形式和尺寸进行优化设计,使承受相同载荷的桁架尽可能轻量化。在载荷很大很复杂的情况下,推力支架的质量要求又十分苛刻,因而其结构设计要求很高。图4 3#桁架结构Fig.4 No.3trussstructure图1 推力支架模拟结构Fig.1 Simulatingstructureofthrusttruss 采用碳纤维/环氧管件(基本
7、参数:压缩模量≥106GPa,主泊松比μ=0.28,σcMPa)kg,设计了四种桁架结构,,如图2～图5。图5 4#桁架结构Fig.5 No.4trussstructure 桁架结构的基本尺寸要求:下端框外接圆直径1.5m,上端板外接圆直径大小和桁架高度可以优化,桁架结构形式可以选择,采用Ansys7.0对各种桁架结构的承载性能进行计算比较,优化桁架结构的尺寸,优选出相同载荷下承载性能最好的桁架结构[1～4]。———————————————————————————————————————————————2 有限元模型的建立采用Ansys7.0
8、元素库中LINK83—D杆件代表复合材料管件[5]。LINK8为三维空间承受轴向拉力图2 1#桁架结构Fig.2 No.1trussstructure
