某气瓶结构振动断裂故障分析及改进措施

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1、第39卷第6期2013年12月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39，No．6Dec．2013某气瓶结构振动断裂故障分析及改进措施薛杰，穆小强，杨全洁，黄遭琼(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：分析了某气瓶在振动试验中出现的耳片断裂故障，从结构动力学的角度揭示产品破坏的根本原因，给出改进思路，并结合实际产品提出多种修改模型，然后通过动力学仿真计算进行改进效果的对比，从而确定最佳的修改方案。最后，对改进后的气瓶结构进行随机振动试验，试验结果表明：振动过程中，气瓶改进结构在原结构破坏位置的动应力得到明显的降低，避免结构疲劳破坏，改进可行有

2、效。关键词：结构模态；气瓶结构；动力学；振动断裂中图分类号：V430—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2013106—0042—06AnalysisofvibrationfracturefailureofagasvesselandimprovementmeasuresXUEJie，MUXiao—qiang，YANGQuan-jie，HUANGDao—qiong(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Ab刚a'aet：Theauriclefracturefailureoccurredinagasves

3、selvibrationexperimentiSanalyzedinthispaper．Thehypostasisreasonofthevesselstructurefailurewasdisclosedintheviewpointofstructuredynamics．AnimprovementideaiSofferedfortheinitialfailure．Severalmodifiedmodelsareproposedaccordingtotheideaandtheactualproducts．Theeffectsofdifferentmodifiedmodelswere

4、contrastedthroughstructuredynamicssimulation．Accordinglytheoptimalmodifiedmodelwasascertained．Themodifiedvesselstructurewasverifiedbyrandomvibrationtest．Thetestresultshowsthatthestressontheauriclesofthemodifiedvesselisobviouslyreducedintheprocessofthevibra—tion，andtheimprovementmeasureiseffec

5、tualandfeasibleinavoidingthestructurefatiguefailure．Keywords：structuremodal；gasvesselstructure；dynamics；vibrationfracture0引言随着各国航空航天工业的发展，各种气瓶安装结构的研究及应用越来越多。恶劣的工作条件决定了气瓶安装结构必须承受复杂的力学环境。因此，对气瓶安装结构必须进行合理、有效的设计，以满足产品的寿命、安全性要求。收稿日期：2013—08—08；修回日期：2013—10—25作者简介：薛杰(1983一)，男，工程师，研究领域为结构振动与强度分析第39卷

6、第6期薛杰，等：某气瓶结构振动断裂故障分析及改进措施43就某气瓶在振动过程中出现的耳片断裂现象进行故障分析及其改进研究。该气瓶为钛合金球形，由两个半球焊接而成。在气瓶赤道圆附近焊接安装裙，安装裙上设置6个安装耳片，通过螺栓与3个独立的安装支架连接，见图1。在随机振动试验过程中，气瓶4个安装耳片出现断裂，部分安装支架产生裂纹。哐蓠庄／上一k矿√＼＼＼1故障问题描述图1气瓶结构和安装图Fig．1Diagramofgasvesselstructureandassemblage为有效降低振动过程中出现的动应力，进行了以下计算分析工作：t)分析结构在断裂位置产生动应力的主要在z方向(径向)

7、随机振动试验过程中，气瓶安装裙6个安装耳片有4个出现断裂(见图2)。与安装裙部分耳片连接的支架沿着安装孔出现开裂。从结构破坏的形式及位置来看，明显是由于结构在振动过程中出现过大的动应力导致。模态；2)提出有针对性的结构的改进方案；3)对各种改进结构进行动力学研究分析。x方向(径向)随机振动试验的试验条件见表1及图3。图2气瓶断裂位置Fig．2Vibrationfracturelocationofgasvessel火箭推进2013年12月表1随机振动试验条件Tab．1Conditi