资源描述：
《有限元分析技术在贮箱结构优化设计中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、有限元分析技术在贮箱结构优化设计中的应用第11卷第2期2005年06月真空与低温Vacuum&Cryogenics有限元分析技术在贮箱结构优化设计中的应用田昭昭，姜万顺一(兰州物理研究所，甘肃兰州,730000)摘要:把有限元分析的技术应用到贮箱的设计中，建立了贮箱有限元模型,并对现有的一个贮箱为例进行结构优化•其中进行了材料非线性分析，得出贮箱各个压力下的应力和变形量,为加工和装配提供可靠的数据，从而使其质量得到减轻，以提高发射有效载荷.关键词:贮箱;有限元分析;结构优化屮图分类号:0241.82文献标识码:A文章编号
2、:1006—7086(2005)02一0111—05APPLICATIONOFTHEFINITEELEMENTANALYSISTECHNIQUEINOPTIMIZINGTHECONFIGURATIONoFTANKTIANZhao一zhao,JIANGWan一shun(LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000,China)Abstract:Thetechniqueoffiniteelementanalysisinthedesignoftankisapplied.Thefiniteelement
3、analysismodeloftankhasbeenSetupandtheconfigurationofSOmetypetankhasbeenoptimized.Thestressandthequantumofdisplacementindifferentpressurewereobtainedbyusingthenonlinearanalysisofthematerial.ItoffersuSefuldatefordesignoftankshell.Asaresultoftheconfigurationoptimization
4、,theweightoftankwasreducedandtheavailabilityofloadinlaunchcanbeimpmved.Keywords:tank;finiteelementanalysis;configurationoptimize卫星推进剂贮箱是卫星中的重要部件之一，其工作过程中火箭发射时强烈的振动及随后的人轨，调姿，加上内部充满大量的推进剂及高压气体,造成了贮箱的复杂力学环境.因此，必须对推进剂贮箱进行合理的结构设计，以满足贮箱的寿命，安全性要求….进人20世纪90年代以来，各国的航天工业都向着产业化
5、方向发展，卫星的生产也趋于小型化和系列化.通过对国外贮箱的调研，发现国外贮箱的壳体厚度都比我国的薄•而在国内，有关这方面的研究工作开展的并不多，在安全系数选取上一般偏于保守，生产出来的贮箱质量也较重.为了发展更轻型的贮箱，提高有效载荷,有必要对贮箱壳体进行设计优化.在对贮箱进行强度分析和结构优化设计时，就要用到有限元分析的方法.作者采用ANSYS有限元分析软件对现有的一个贮箱进行建模及结构优化设计.收稿日期:2005—03—29・作者简介:出昭昭(1981—).男，河南省济源市人,硕士牛，从事表面张力贮箱设计.112真空与低温第
6、11卷第2期2贮箱的有限元分析及结果2.1有限元法的一般原理及步骤■先将结构离散成单元，分别建立单元局部坐标系和结构整体坐标系,选取合适的位移模式，求出位移插值函数.(2)引人几何条件及物理条件，并根据能量原理或静力平衡条件求得单元结点力与结点位移之间的关系单元刚度矩阵.(2)引人边界条件，并根据边界条件修正总刚度矩阵;解有限元基本方程得结构整体坐标系下的结点位移,并由此求得单元结点位移.(3)最后根据经逆变换后得到的单元局部坐标系中结点位移求得单元内力心】・2.2有限元模型的建立首先对现在的贮箱进行建模•根据贮箱的实际结构，并
7、进行合理的等效，对贮箱的圆角过渡都给于忽略,建立贮箱的几何模型•贮箱结构由上下2个半球，柱段，支撑裙组成.由于贮箱的线度和厚度之比远大于20:1,又由于材料在受力变化时会进人到塑性阶段,要进行材料的非线性变化,故选择其屮的売单元shelllS1作为单元类型.再根据贮箱的实际厚度分布，选择适当的实常数，贮箱柱段部分为2.2mm,上下半球为1.1mm,支撑裙下端为2mm,与32个螺钉连接处为8mm,在支撑裙与贮箱的过渡处采取加厚措施,选用厚度为2.3mm.选择材料为钛合金TC4,分别输人其弹性模量，泊松比,密度.在划分网格吋，根据贮
8、箱的实际结构,将贮箱的几何模型进行合理的分割•选择映射网格划分,将整个模型划为四节点单元•有限元模型如图1所示.2.3结构静力分析的控制方程般情况下，结构在静力分析作用下的控制方程为Ka—P=0式中为结构的刚度矩阵;n为结点位移矩阵;P为结点载荷矩阵.2.4计算
