一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究

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1、!!"#$%&!'"$(航!天!器!工!程第%&卷!第(期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)*!!!!+,-./.0-12/'34'//04'3*5%5年%%月一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究康!健%***!陈同祥!阮剑华!柴洪友!%中国空间技术研究院"北京%555&6#!!*北京空间飞行器总体设计部"北京%555&6#摘!要!研究了开口型截面桁条加强蒙皮锥壳结构的局部稳定性计算方法!并用平板"加筋圆筒极限轴压的有效宽度法计算其极限载荷#得出加筋锥壳结构局部稳定性和整体稳定性的分析方法$关键词!航天器!加筋锥壳结构!稳定性!极限载荷中图分类号!!6%)!!文献标志码!-!!

2、文章编号!%(789:76:"*5%5#5(955)*956!"#$%&'"()!"*+,-,"%&'!".,/0).!",'')/)$1&/,23*--#/$).45,*-1&67.)88,&/;-'3<=>?!.@/'2"?AB=>?A!0C-'<=>?DE>!.@-4@"?AF"E!%.D=?>-G>HIJF"K+L>GI2IGD?"#"AF"MI=N=?A%555&6".D=?>#!*MI=N=?A4?OP=PEPI"K+L>GIGQ>KP+FOPIJ/?A=?IIQ=?A"MI=N=?A%555&6".D=?>#4+8".*2"$2D=OL>LIQLQIOI?POPDIG>#GE#>

3、P="?"KOP>R=#=PF"KPDI"LI?=?AGQ"OO9OIGP="?OPQ=?AIQOP=KKI?IHG"?=GS>##"PDIG>#GE#>P="?"KE#P=J>PI#">HRFEO=?APDIITE=U>#I?PS=HI"KL#>?I%OP=KKI9?IHGF#=?HIQE?HIQ>B=>#G"JLQIOO="?">?HPDIJIPD"H"KG>#GE#>P=?A#"G>#REGV#=?A>?H"UIQ>##REGV#=?A"KPDIOPQ=?AIQOP=KKI?IHG"?=GS>##W9)%:&.$8$OL>GIGQ>KP&OP=KKI?IHG"?=GS>##&OP>R=#

4、=PF&E#P=J>PI#">H本文着重研究使用有限元方法分析加筋锥壳结%!引言构轴压稳定性问题时"开口型截面桁条的模拟形式对稳定性分析结果的影响&并用平板%加筋圆筒极限航天器结构设计的最基本要求就是结构不发生轴压的有效宽度法计算其整体失稳时的极限载荷)'%(破坏或失稳)加筋锥壳结构是一种半硬壳式结与某航天器加筋锥壳结构的静力试验结果对比"得构"在承受轴向和横向载荷时"存在8种失稳形出了加筋锥壳结构稳定性分析方法)'*9:(式$%#蒙皮失稳$即在两个相邻桁条与隔框之间的小块蒙皮失稳"该失稳形式实质上是圆柱曲板的*!稳定性计算原理及有限元分析方法失稳"屈曲应力较低&*#壳段失稳$指相邻的隔框之间

5、由蒙皮桁条组成的结构失稳&8#整体失稳$当框的欧拉失稳的概念从一端固定一端自由的轴压理刚度不足时"则屈曲将扩大到几个隔框的范围"即发想柱出发"给出压杆的临界载荷)稳定性分析的有生结构的整体失稳)航天器结构设计中"蒙皮弹性限元基本方程为的局部失稳是允许的"但整体失稳往往是毁灭性的"!!!!!#"#5!%#3'&(任何设计都应该避免结构的整体失稳)式!%#中!为结构的整体刚度矩阵&!为结构的几3收稿日期!*55&95:9%*$修回日期!*5%595:98%作者简介!康健%%&:5X&#男#工程师#从事航天器结构与机构分析'仿真和试验以及宇航市场开发工作$!!第(期!!!!!!!!!!!!康!健等$

6、一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究)8何刚度矩阵&!为结构稳定性系数&E为位移)如果求出!"则结构的失稳临界载荷为$GQ#$R!!"$!*#式!*#中$为基态载荷"是扰动载荷"$作用前施R加于结构的载荷"包括初始内压*温度载荷*非零初位移等"代表了在扰动载荷作用前结构的初始状态)如果结构上没有基态载荷作用时"则失稳临界载荷可以直接表达为图*!桁条简化形式*$GQ#!$!8#1=AW*!1"QJ*"KPDIOPQ=?AIQ式!8#中$为外载荷)在数学上"求解方程!%#为典型的广义特征值问题"即求解特征值和相应的特征向量"特征值和特征向量分别表征临界载荷的大小及相应的失稳形式)对于金属圆筒!锥#

7、薄壳"一般做法是将金属桁条*隔框用点焊或铆接的方法固结在一起)开口型截面!如"型#成型简单"可操作性强"可以提供良好的与蒙皮点焊或铆接界面)"型截面金属桁条点焊或铆接到金属锥壳蒙皮上后"桁条外形截面与焊点图8!桁条简化形式8或铆钉间的蒙皮组成了封闭空间"承受轴压和剪切1=AW8!1"QJ8"KPDIOPQ=?AIQ'%5(载荷作用时桁条稳定性显著增强)使用有限元分析软件Y+.W'-+20-'对开口