基于ABAQUS有限元分析的输送管疲劳寿命优化设计

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1、2015年第3期导弹与航天运载技术No.32015总第339期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.339文章编号：1004-7182(2015)03-0042-06DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150311基于ABAQUS有限元分析的输送管疲劳寿命优化设计12111刘春生，杨磊，薛立鹏，唐文，贺启林（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国航天系统科学与工程研究院，北京，100048）摘要：采用有限元分析软件ABAQUS/Standard分析薄壁输送管传感器接管嘴与网套波纹管结构形式对输送管疲劳寿命的影响。仿真结果

2、表明，将输送管传感器接头布置在靠近发动机端，有利于降低管接头处的振动响应，从而提高管接头的疲劳寿命；网套波纹管的局部结构对输送管的疲劳寿命有较大影响，通过优化局部结构，疲劳寿命明显提高，并经过了试验验证。关键词：输送管；疲劳寿命；优化设计中图分类号：V432文献标识码：AAnOptimizationDesignofFatigueLifeforPipelineBasedonABAQUSFiniteElementAnalysis12111LiuChun-sheng,YangLei,XueLi-peng,TangWen,HeQi-lin（1.BeijingInstituteofAerospa

3、ceSystemsEngineering,Beijing,100076;2.ChinaAcademyofAerospaceSystemsScienceandEngineering,Beijing,100048）Abstract:Twoimprovedschemesofthepipingarepresentedinthepaper.Oneistoplacetheconnection-linenozzleforsensornearthefixedflangeattheengineside,theotheristousethestructureofbellowswithnetcover.Th

4、roughthefiniteelementanalysismethodofAbaqus/Standard,itisverifiedthatthetwooptimiztiondesignsareeffectiveforimprovingthefatiguelifeofthepipelineconfiguration.KeyWords:Pipeline;Fatiguelife;Optimizationdesign0引言1优化设计前方案及试验情况概述运载火箭推进剂输送管一般由薄壁管（包括直管1.1设计方案和弯管，厚度一般为1~1.5mm）、波纹管、法兰、活优化设计前输送管结构如图1所示。A端

5、与发动套环及传感器机械接口等组成，主要承担低温、常温机连接，测压传感器接口位于网套波纹管远离发动机及高压推进剂由贮箱输送到发动机的功能。由于输送端，距离A端约488mm，传感器接口结构见图2，传管与发动机直接连接，力学环境非常恶劣，因此在输感器接口与壁厚为1mm的管子焊接。网套波纹管见送管研制过程中，疲劳适应性是需要着重考虑的问题，图3，网套波纹管接头见图4所示，接头与网套波纹管尤其是针对薄壁导管上有集中质量的传感器接管嘴、滚焊成型，其中接头与波纹管接触端壁厚为2.5mm，网套波纹管接头。其中，传感器接管嘴在导管上的安内角部位过渡圆角为R2。装位置及对结构件应力集中部位加强设计对管路的

6、疲劳寿命有着至关重要的影响。本文基于有限元分析软件ABAQUS/Standard，分别计算分析了输送管上传感器接口位置与网套波纹管管接头结构形式对其疲劳寿命的影响，并与试验结果了进行比较。图1输送管结构收稿日期：2014-04-30；修回日期：2014-09-10作者简介：刘春生（1984-），男，工程师，主要从事运载火箭管路系统设计第3期刘春生等基于ABAQUS有限元分析的输送管疲劳寿命优化设计43响应数据高达约140Grms，该处的振动量级放大了约5倍。将故障件进行晶相检查，根据裂纹分析结果，认为：测压传感器接口的开裂模式为双向弯曲疲劳开裂，表明接管嘴在试验条件下动强度不足。2#试

7、验件在完成充压状态三方向的低频正弦验收级振动、高频随机图2传感器接口结构验收级振动试验后发现靠近B端处网套波纹管接头3断裂，见图6所示。试验后对该处网套波纹管分解并进行了剖切检查，发现在裂纹处的一层波纹管已经发生疲劳断裂。图3网套波纹管图6网套波纹管接头断裂示意2优化设计方案2.1对波纹管焊接接头改进a）焊接接头与波纹管接触端壁厚由2.5mm增加为6.5mm；图4网套波纹管接头b）焊接接头内角部位过渡圆角由R2改为过渡锥面。1.2试验情况概述2