大型共底贮箱结构优化设计

发布时间：2020-04-18 19:14

【摘要】：燃料贮箱是运载火箭的重要组成部分,其尺寸和性能决定着火箭的运载能力,共底贮箱因取消了贮箱间级间段减轻了结构重量,提高了结构效率,是未来贮箱的重要研究方向。本文针对共底贮箱结构进行了系统地研究,首先针对单层共底开展了力学性能分析,确定了共底底型,然后基于精细模型分析了贮箱结构的失效模式和螺栓连接方式,之后详细讨论了箱底缺陷对贮箱外压承载能力的影响,最后构建了单层共底贮箱优化模型,提出了四种典型的箱底补强方法,并对双层共底内外壳展开补强优化设计。本文具体研究内容如下:1.基于有限元分析研究了共底贮箱的整体与局部强度失效模式。针对不同底型的单层共底贮箱,本文首先对其在内外压工况下进行了强度和稳定性分析,以此选择合适的贮箱共底底型,然后对比了罩盒内充压与不充压时箱底的应力分布,并以此结果为基础,基于精细模型对共底贮箱整体展开有限元计算,结果表明上下箱竞争下上箱内压对共底影响更大,共底失稳是共底贮箱的主要失效模式。最后对三种双层共底贮箱螺栓连接方式进行了强度计算,结果显示轴向螺栓连接方式具有径向抗弯刚度大等优势。2.探究了典型几何缺陷对外压条件下贮箱共底承载性能的影响规律。本文在箱底分别引入了外压模态缺陷、单点凹坑缺陷和椭圆度缺陷,深入研究了扰动载荷方向和单点凹坑位置对箱底外压承载能力的影响规律,分析了共底的缺陷敏感性,结果显示外压条件下贮箱共底结构抵抗法向平面变形的能力较弱,抵抗面内切向变形能力较强,椭球共底向内凹陷刚度小,向外凹陷刚度大。3.针对贮箱共底展开了基于代理模型和多岛遗传算法的加筋优化设计。本文首先提出了四种提高薄壁椭球壳结构外压承载能力的补强设计方法,并比较了各方法最优设计的承载力提升效率,结果表明箱底顶盖加厚和纵向加筋方式效果最好,之后对双层贮箱共底内外壳进行了考虑承载力约束的轻量化设计,最终获得了满足设计需求的优化结果。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V421.33

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 郝鹏;王博;邹威任;李刚;李彬;王斌;;基于RBF模型的蒙皮桁条结构减轻孔优化[J];固体火箭技术;2015年05期

2 黄诚;胡正根;马云龙;张晓颖;赵亮;王博;;筒段边界对大直径贮箱椭球箱底的内压稳定性影响研究[J];强度与环境;2015年05期

3 孙培杰;李鹏;张振涛;包轶颖;周遇仁;;新一代运载火箭共底贮箱隔热性能试验及环境预示[J];上海航天;2014年05期

4 张彤;汤国伟;殷雅俊;;薄壁压力容器在内压作用下的弹塑性屈曲行为研究[J];压力容器;2010年03期

5 穆朋刚;万小朋;赵美英;;复合材料加筋壁板稳定性分析研究[J];机械科学与技术;2009年09期

6 张柱国;姚卫星;刘克龙;;基于进化Kriging模型的金属加筋板结构布局优化方法[J];南京航空航天大学学报;2008年04期

7 姚君山;徐萌;贾洪德;郭立杰;柴鹏;栾国红;;推进剂贮箱先进焊接工艺研究进展[J];航空制造技术;2008年08期

8 李东;程堂明;;中国新一代运载火箭发展展望[J];中国航天;2008年02期

9 姚君山;蔡益飞;李程刚;;运载火箭箭体结构制造技术发展与应用[J];航空制造技术;2007年10期

10 陶伟明,杨娅君,郭乙木;内压作用下压力容器封头局部屈曲分析[J];机械工程学报;2004年07期

相关博士学位论文 前2条

1 郝鹏;面向新一代运载火箭的网格加筋柱壳结构优化研究[D];大连理工大学;2013年

2 向国齐;支持向量回归机代理模型设计优化及应用研究[D];电子科技大学;2010年

相关硕士学位论文 前2条

1 赵亮;大直径薄壁箱体结构力学分析与精细优化设计[D];大连理工大学;2015年

2 邓亚权;基于代理模型的结构疲劳寿命优化方法、软件及应用[D];南京航空航天大学;2010年

，

本文编号：2632437