航天发动机波纹管刚度检测系统的研究
发布时间：2022-02-15 16:17
中国的航天技术正处在迅速的发展过程,火箭的发射也越来越频繁,对于火箭的可靠性要求也越来越高。火箭发动机是保证火箭成功发射的重要因素,波纹管在火箭发动机中起着较为重要的控制作用,其性能优劣对于火箭发动机的正常运转显得十分重要。由于波纹管成型的复杂性等问题,会导致波纹管出现阻尼力异常现象,进而导致波纹管在运动时会出现卡顿等异常情况。目前对于波纹管轴向刚度的检测并没有专业设备,主要是依靠手动的方式进行,检测过程效率低下,其结果也会引入较大的人为误差,不符合标准化要求。因此需设计出一套能够对波纹管轴向刚度进行自动化测量和分析的系统装备,以弥补现如今检测方式的不足。对波纹管的力学特性进行仿真研究,确定检测系统的各项技术要求和总体技术方案,并根据波纹管的结构形式,进行波纹管刚度检测系统的结构设计,其中伺服电机提供加载力,并选择滚珠丝杠进行一维传动,同时进行传感器布局设计和装夹机构设计。基于STM32芯片,完成硬件控制系统搭建,以AD7606芯片作为数据采集转换的核心,并设计相关辅助功能模块,完成控制系统硬件搭建和相关程序算法设计。基于串口通信,完成波纹管刚度检测系统的软件开发,其中触摸控制基于Vi...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-24层U形波纹
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-设置材料的属性，最终经过计算得到压力-位移曲线和应力云图，促进了波纹管的优化分析研究及其更深层次的发展。a)S型波纹管b)V型波纹管图2-3焊接金属波纹管的网格划分情况[11]2011年，刘大华等[12]在静力学和接触力学的有限元算法基础上，对不同载荷下多层U型波纹管的力学特性进行了仿真研究。在不影响波纹管力学特性的前提下在建立模型时对波纹管进行一定简化，并采用各层的中面尺寸来进行建模，以更为真实地反映波纹管层与层之间的关系。为了对实际的接触状态进行更好地模拟，在对多层U型波纹管的有限元模型网格划分的时候选用SHELL63单元，网格划分较密，而且考虑到壳体厚度，通过TARGE170和CONTA174单元来模拟层与层之间的接触，划分结果如图2-4所示。然后施加合适的约束条件，利用ANSYS软件，计算得到波纹管在不同压力载荷下的静力学分析和模态分析结果。最后对波纹管进行实际实验分析的结果证实所创建的波纹管有限元模型的合理性，促进了多层无加强波纹管的动力学特性的理论的发展和研究。同年，MamtiminGheni等[13]研究了机械密封焊接波纹管的轴向刚度和柔度与波纹管膜片数量之间的关系。采用有限元分析方法分别创建不同膜片数量条件下的分析模型，并对其进行仿真计算，得到相应的应力云图和压力-位移曲线。对仿真结果进行整理分析，最终得出波纹管的轴向刚度随其膜片数量的增加呈现出递减的趋势而柔性则逐渐增大的结论。2015年，北京理工大学的周最[14]采用ANSYS分析软件构建了波纹管组件的模型并分析其刚度和使用寿命。在建立有限元模型的时候，采用了轴对称SHEEL单元，加快了计算的速度，并利用PLANE183单元划分网格深入研究了波纹管壁厚减薄与其刚度特性之间的关系，基于指数逐渐减薄法，创建
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-件所得到的压力-位移曲线和应力分布云图分析了波纹管的刚度和稳定性以及进一步建立了合理的疲劳寿命预测模型以实现对波纹管的优化分析。a)波纹管结构b)波纹管有限元模型图2-4波纹管有限元模型[12]图2-5壁厚减薄指数为0.6的波纹管有限元模型[14]2016年，李航等[15]对火箭发动机氢主阀中的波纹管组件进行了力学性能分析。针对波纹管组件的结构形式，按照图2-6所示方式对波纹管组件的受力状态进行简化分析，并以此为基础进行有限元分析模型创建。然后通过Abaqus软件仿真波纹管组件的力学特性进而得到了其在不同载荷下的力学特性分布情况，最后刚度分析结果与EJMA标准[16]的后续对比结果表明所得到的力学分析结果具有较高的可靠性。2017年，邹晗阳等[17]通过有限元方法研究了波纹管的有效作用直径。对如图2-7a所示的S型焊接波纹管进行研究，在将波数等无关要素产生的干扰去除之后，取如图2-7b所示的1/4波纹管模型进行仿真，并通过自动扫掠方法在创建的1/4波纹管模型上划分出六面体形状网格。之后运用ANSYS软件中附带的probe工具包求解波纹管相关表面的反作用力从而计算得出有效作用直径，经实际结果与理论求解结果对比后表明在进行研究时所采用的相关研究方式的合理WRrLhtdD
【参考文献】：
期刊论文
[1]Exploring multiamplitude voltage modulation to improve spectrum efficiency in low-complexity visible-light communication[J]. Xiangyu LIU,Xuetao WEI,Lei GUO,Yejun LIU. Science China（Information Sciences）. 2019(08)
[2]基于STM32的无刷直流电机控制系统[J]. 童宏伟,张莉萍,申景双,解大,陈宇晨. 传感器与微系统. 2019(07)
[3]基于STM32电压质量检测装置的研究[J]. 李珂,唐基超,雒佳明. 电子制作. 2018(09)
[4]基于AD7606的高精度数据采集系统的实现[J]. 肖李欢,黄元峰,代文泽,张兴. 电脑知识与技术. 2017(20)
[5]焊接波纹管有效作用直径的仿真与试验研究[J]. 邹晗阳,马咏梅,丁万,魏炫宇,张国梦,张弦,陶帅,张有华,张青成. 机械设计与制造工程. 2017(04)
[6]焊接金属波纹管波形结构参数优化分析[J]. 张弦,马咏梅,丁万,陶帅,王庆. 石油化工设备. 2016(06)
[7]基于STM32无刷直流电机无传感控制系统设计[J]. 张慧颖,李化庆,陈伟. 吉林化工学院学报. 2016(07)
[8]氢主阀波纹管组件的力学性能分析[J]. 李航,王海萍,刘兆宾,张帆,边浩. 机械工程师. 2016(01)
[9]伺服压力机柔性加减速控制算法[J]. 沙心勇,殷文齐,李建,刘春利. 一重技术. 2014(02)
[10]压力载荷下多层波纹管振动特性的仿真分析[J]. 刘大华,余永健,马伟,李济顺. 矿山机械. 2011(05)
硕士论文
[1]永磁同步电机位置伺服控制系统设计与实现[D]. 凌涛.江西理工大学 2018
[2]汽车排气系统波纹管刚度及疲劳寿命理论计算与试验研究[D]. 周诚.南京理工大学 2018
[3]基于STM32嵌入式系统的电机驱动控制与可靠性分析[D]. 张志威.电子科技大学 2017
[4]涡轮泵主阀波纹管组件灵活性分析及检测系统的研制[D]. 李亮.哈尔滨工业大学 2015
[5]航天用燃气阀波纹管组件刚度与疲劳寿命分析[D]. 周最.北京理工大学 2015
[6]基于STM32的永磁同步电机伺服系统的研究[D]. 于兆凯.浙江大学 2012
[7]基于DSP的两相混合式步进电机细分控制及转矩矢量控制[D]. 张小杭.浙江工业大学 2004
本文编号：3626939
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-24层U形波纹
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-设置材料的属性，最终经过计算得到压力-位移曲线和应力云图，促进了波纹管的优化分析研究及其更深层次的发展。a)S型波纹管b)V型波纹管图2-3焊接金属波纹管的网格划分情况[11]2011年，刘大华等[12]在静力学和接触力学的有限元算法基础上，对不同载荷下多层U型波纹管的力学特性进行了仿真研究。在不影响波纹管力学特性的前提下在建立模型时对波纹管进行一定简化，并采用各层的中面尺寸来进行建模，以更为真实地反映波纹管层与层之间的关系。为了对实际的接触状态进行更好地模拟，在对多层U型波纹管的有限元模型网格划分的时候选用SHELL63单元，网格划分较密，而且考虑到壳体厚度，通过TARGE170和CONTA174单元来模拟层与层之间的接触，划分结果如图2-4所示。然后施加合适的约束条件，利用ANSYS软件，计算得到波纹管在不同压力载荷下的静力学分析和模态分析结果。最后对波纹管进行实际实验分析的结果证实所创建的波纹管有限元模型的合理性，促进了多层无加强波纹管的动力学特性的理论的发展和研究。同年，MamtiminGheni等[13]研究了机械密封焊接波纹管的轴向刚度和柔度与波纹管膜片数量之间的关系。采用有限元分析方法分别创建不同膜片数量条件下的分析模型，并对其进行仿真计算，得到相应的应力云图和压力-位移曲线。对仿真结果进行整理分析，最终得出波纹管的轴向刚度随其膜片数量的增加呈现出递减的趋势而柔性则逐渐增大的结论。2015年，北京理工大学的周最[14]采用ANSYS分析软件构建了波纹管组件的模型并分析其刚度和使用寿命。在建立有限元模型的时候，采用了轴对称SHEEL单元，加快了计算的速度，并利用PLANE183单元划分网格深入研究了波纹管壁厚减薄与其刚度特性之间的关系，基于指数逐渐减薄法，创建
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-5-件所得到的压力-位移曲线和应力分布云图分析了波纹管的刚度和稳定性以及进一步建立了合理的疲劳寿命预测模型以实现对波纹管的优化分析。a)波纹管结构b)波纹管有限元模型图2-4波纹管有限元模型[12]图2-5壁厚减薄指数为0.6的波纹管有限元模型[14]2016年，李航等[15]对火箭发动机氢主阀中的波纹管组件进行了力学性能分析。针对波纹管组件的结构形式，按照图2-6所示方式对波纹管组件的受力状态进行简化分析，并以此为基础进行有限元分析模型创建。然后通过Abaqus软件仿真波纹管组件的力学特性进而得到了其在不同载荷下的力学特性分布情况，最后刚度分析结果与EJMA标准[16]的后续对比结果表明所得到的力学分析结果具有较高的可靠性。2017年，邹晗阳等[17]通过有限元方法研究了波纹管的有效作用直径。对如图2-7a所示的S型焊接波纹管进行研究，在将波数等无关要素产生的干扰去除之后，取如图2-7b所示的1/4波纹管模型进行仿真，并通过自动扫掠方法在创建的1/4波纹管模型上划分出六面体形状网格。之后运用ANSYS软件中附带的probe工具包求解波纹管相关表面的反作用力从而计算得出有效作用直径，经实际结果与理论求解结果对比后表明在进行研究时所采用的相关研究方式的合理WRrLhtdD
【参考文献】：
期刊论文
[1]Exploring multiamplitude voltage modulation to improve spectrum efficiency in low-complexity visible-light communication[J]. Xiangyu LIU,Xuetao WEI,Lei GUO,Yejun LIU. Science China（Information Sciences）. 2019(08)
[2]基于STM32的无刷直流电机控制系统[J]. 童宏伟,张莉萍,申景双,解大,陈宇晨. 传感器与微系统. 2019(07)
[3]基于STM32电压质量检测装置的研究[J]. 李珂,唐基超,雒佳明. 电子制作. 2018(09)
[4]基于AD7606的高精度数据采集系统的实现[J]. 肖李欢,黄元峰,代文泽,张兴. 电脑知识与技术. 2017(20)
[5]焊接波纹管有效作用直径的仿真与试验研究[J]. 邹晗阳,马咏梅,丁万,魏炫宇,张国梦,张弦,陶帅,张有华,张青成. 机械设计与制造工程. 2017(04)
[6]焊接金属波纹管波形结构参数优化分析[J]. 张弦,马咏梅,丁万,陶帅,王庆. 石油化工设备. 2016(06)
[7]基于STM32无刷直流电机无传感控制系统设计[J]. 张慧颖,李化庆,陈伟. 吉林化工学院学报. 2016(07)
[8]氢主阀波纹管组件的力学性能分析[J]. 李航,王海萍,刘兆宾,张帆,边浩. 机械工程师. 2016(01)
[9]伺服压力机柔性加减速控制算法[J]. 沙心勇,殷文齐,李建,刘春利. 一重技术. 2014(02)
[10]压力载荷下多层波纹管振动特性的仿真分析[J]. 刘大华,余永健,马伟,李济顺. 矿山机械. 2011(05)
硕士论文
[1]永磁同步电机位置伺服控制系统设计与实现[D]. 凌涛.江西理工大学 2018
[2]汽车排气系统波纹管刚度及疲劳寿命理论计算与试验研究[D]. 周诚.南京理工大学 2018
[3]基于STM32嵌入式系统的电机驱动控制与可靠性分析[D]. 张志威.电子科技大学 2017
[4]涡轮泵主阀波纹管组件灵活性分析及检测系统的研制[D]. 李亮.哈尔滨工业大学 2015
[5]航天用燃气阀波纹管组件刚度与疲劳寿命分析[D]. 周最.北京理工大学 2015
[6]基于STM32的永磁同步电机伺服系统的研究[D]. 于兆凯.浙江大学 2012
[7]基于DSP的两相混合式步进电机细分控制及转矩矢量控制[D]. 张小杭.浙江工业大学 2004
本文编号：3626939
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