航天用燃气阀波纹管组件刚度与疲劳寿命分析

发布时间：2017-11-12 15:22

本文关键词：航天用燃气阀波纹管组件刚度与疲劳寿命分析

【摘要】：燃气阀波纹管组件是航天发动机的重要部件之一。波纹管燃气阀是航天发动机的重要部件之一，其工作时往往处于高压、高温的极端物理环境中，发生故障概率较大。而波纹管燃气阀的核心零件是金属波纹管，，是一种轴对称管状壳体。因此针对波纹管的强度、稳定性校核和疲劳寿命估测具有重要工程实际意义。本文针对燃气阀波纹管组件的可靠性问题，建立了符合波纹管成型工艺的有限元模型，深入研究了波纹管的轴向刚度、压力稳定性、疲劳寿命。本文主要内容如下：基于波纹管成型原理、工艺水平、壁厚减薄理论和有限元理论，建立了波纹管的壁厚指数减薄有限元模型。该模型考虑了波纹管由于加工工艺引起的壁厚减薄，并通过与波纹管国际标准减薄方法对比验证了模型的适用性与合理性。基于波纹管壁厚指数减薄模型，深入研究了波纹管的轴向刚度和内、外压力稳定性。在刚度分析的结果上确定了合适的壁厚减薄指数x，使波纹管组件轴向刚度误差控制在2%以内。并针对内、外压失稳问题，分别确定了适用的失稳判定方法。基于Miner线性累积疲劳损伤理论、单轴疲劳理论和多轴疲劳理论，深入研究了波纹管组件的疲劳寿命。分别采用带有平均应力修正的Manson-Coffin公式和多轴疲劳模型预测了波纹管组件寿命。通过寿命结果对比分析了各疲劳模型对波纹管组件的适用性，并确定了适用于燃气阀波纹管组件的寿命预测模型。基于波纹管壁厚指数减薄模型，深入分析了波纹管结构参数（轴向参数、径向参数和壁厚参数）对波纹管在轴向位移载荷和压力载荷下应力分布的影响，为波纹管设计、使用提供参考。利用ANSYS软件以及APDL语言开发了波纹管参数化建模与分析程序。该程序能有效实现不同尺寸、层数、材料、成型工艺、工况下波纹管的分析研究。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V431

【参考文献】

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