异常荷载下导弹(火箭)级间连接结构失效分析
发布时间：2021-12-30 19:57
依据导弹（火箭）级间螺栓法兰连接结构特点,简化制作两组原理性实验件,设计进行了横向冲击和准静态荷载两种工况作用下连接结构失效实验。通过对比两种加载速率下的破坏结果,分析冲击力、加载力、螺栓响应数据和连接界面开缝位移数据,总结了连接结构的失效机理。此外,建立了针对连接结构失效进程仿真的有限元模型,并通过实测数据对其检验校核。研究结果表明:连接结构在横向异常荷载作用下呈序列失效特点,单个螺栓由于法兰盘"杠杆效应"存在明显弯曲变形,实际失效模式为"拉弯耦合"失效;冲击加载下螺栓材料"应变率效应"不显著,在本构模型的选择上可暂时不考虑动态加载的"应变率效应";与实测数据对比可见,基于Abaqus显式算法的仿真模型,对连接结构失效进程的模拟误差在15%以内,工程中可以认为数值仿真得出的结论是可靠的。
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实验件结构示意图
准静态失效实验设计的目标:一方面是能够模拟级间连接结构在横向准静态荷载作用下螺栓组序列失效的效果;另一方面能够与横向冲击失效实验的加载效果作对比。因而与冲击实验类似，通过法兰环和紧固螺栓组将实验件侧向悬臂紧固于实验架，实验件自由端加装承载平台，采用液压作动筒手动加载，作动筒锤头作用承载平台将载荷施加到连接结构。特别地，为防止加载过程中作动筒柱段侧向偏移，加载前对柱段侧向捆束以保证竖向加载效果。实验工装现场如图2(b)所示。为能够给数值仿真提供参考和充分反映连接结构失效机理，冲击失效实验中采集记录了冲击力和冲击速度、螺栓力响应和连接界面开缝位移，准静态失效实验中采集记录了加载力和加载位移(即作动筒锤头位移，下同)、螺栓力响应等数据。需要说明的是，力响应数据通过力传感器采集，位移数据通过设置电阻式位移传感器采集，数据由美国NI公司生产的数据采集记录系统记录，其中冲击失效实验数据采样频率为100 kHz，准静态失效实验数据采样频率为100 Hz．特别地，螺栓力响应数据是分析连接结构实际响应模式和失效机理的关键数据，是有限元模型检验校核的重要依据，因此实验中如何采集螺栓力响应数据是实验设计的核心，且必须尽量避免对实验件切削穿孔等处理造成原始误差。本文首次设计一种新型螺栓响应信号传感器如图3所示，采用间接测量的方式采集记录螺栓响应数据。传感器通过在轴承钢或弹簧钢材质(弹性极限高，保证受载过程中始终保持弹性变形范围内)的套筒表面粘贴应变片，采用45号钢淬火硬化的卡环固定在法兰和螺帽之间，加载过程中螺杆受力卡压套筒，螺杆和套筒受力可近似认为是大小相等、方向相反的作用力与反作用力关系，通过应变片记录套筒受力响应从而换算得到螺杆力响应数据。
为能够给数值仿真提供参考和充分反映连接结构失效机理，冲击失效实验中采集记录了冲击力和冲击速度、螺栓力响应和连接界面开缝位移，准静态失效实验中采集记录了加载力和加载位移(即作动筒锤头位移，下同)、螺栓力响应等数据。需要说明的是，力响应数据通过力传感器采集，位移数据通过设置电阻式位移传感器采集，数据由美国NI公司生产的数据采集记录系统记录，其中冲击失效实验数据采样频率为100 kHz，准静态失效实验数据采样频率为100 Hz．特别地，螺栓力响应数据是分析连接结构实际响应模式和失效机理的关键数据，是有限元模型检验校核的重要依据，因此实验中如何采集螺栓力响应数据是实验设计的核心，且必须尽量避免对实验件切削穿孔等处理造成原始误差。本文首次设计一种新型螺栓响应信号传感器如图3所示，采用间接测量的方式采集记录螺栓响应数据。传感器通过在轴承钢或弹簧钢材质(弹性极限高，保证受载过程中始终保持弹性变形范围内)的套筒表面粘贴应变片，采用45号钢淬火硬化的卡环固定在法兰和螺帽之间，加载过程中螺杆受力卡压套筒，螺杆和套筒受力可近似认为是大小相等、方向相反的作用力与反作用力关系，通过应变片记录套筒受力响应从而换算得到螺杆力响应数据。2 实验效果分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车座椅安全带固定点强度试验仿真模型改进[J]. 曹奇,成艾国,周泽,吴飞. 中国机械工程. 2012(14)
[2]考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析[J]. 尤天庆,王聪,曹伟,魏英杰,何春涛. 振动与冲击. 2011(08)
[3]典型爆炸螺栓承载能力研究[J]. 侯传涛,尹伟,唐陶,荣克林,马斌捷. 强度与环境. 2011(04)
[4]弯曲载荷作用下固体火箭发动机裙端连接螺孔受力分析[J]. 秦谊,侯晓,何高让,王凌云. 固体火箭技术. 2011(03)
[5]火箭级间段连接螺栓失效数值模拟[J]. 张朝晖,由小川,吕海波,尹云玉,辛万青,庄茁. 强度与环境. 2007(04)
[6]带有连接结构的导弹动特性试验研究方法[J]. 王建民,李国栋,黄卫瑜. 强度与环境. 2006(01)
[7]连接刚度对导弹固有特性的影响[J]. 郑晓亚,张铎,姜晋庆. 弹箭与制导学报. 2005(SC)
本文编号：3558873
【文章来源】：兵工学报. 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
实验件结构示意图
准静态失效实验设计的目标:一方面是能够模拟级间连接结构在横向准静态荷载作用下螺栓组序列失效的效果;另一方面能够与横向冲击失效实验的加载效果作对比。因而与冲击实验类似，通过法兰环和紧固螺栓组将实验件侧向悬臂紧固于实验架，实验件自由端加装承载平台，采用液压作动筒手动加载，作动筒锤头作用承载平台将载荷施加到连接结构。特别地，为防止加载过程中作动筒柱段侧向偏移，加载前对柱段侧向捆束以保证竖向加载效果。实验工装现场如图2(b)所示。为能够给数值仿真提供参考和充分反映连接结构失效机理，冲击失效实验中采集记录了冲击力和冲击速度、螺栓力响应和连接界面开缝位移，准静态失效实验中采集记录了加载力和加载位移(即作动筒锤头位移，下同)、螺栓力响应等数据。需要说明的是，力响应数据通过力传感器采集，位移数据通过设置电阻式位移传感器采集，数据由美国NI公司生产的数据采集记录系统记录，其中冲击失效实验数据采样频率为100 kHz，准静态失效实验数据采样频率为100 Hz．特别地，螺栓力响应数据是分析连接结构实际响应模式和失效机理的关键数据，是有限元模型检验校核的重要依据，因此实验中如何采集螺栓力响应数据是实验设计的核心，且必须尽量避免对实验件切削穿孔等处理造成原始误差。本文首次设计一种新型螺栓响应信号传感器如图3所示，采用间接测量的方式采集记录螺栓响应数据。传感器通过在轴承钢或弹簧钢材质(弹性极限高，保证受载过程中始终保持弹性变形范围内)的套筒表面粘贴应变片，采用45号钢淬火硬化的卡环固定在法兰和螺帽之间，加载过程中螺杆受力卡压套筒，螺杆和套筒受力可近似认为是大小相等、方向相反的作用力与反作用力关系，通过应变片记录套筒受力响应从而换算得到螺杆力响应数据。
为能够给数值仿真提供参考和充分反映连接结构失效机理，冲击失效实验中采集记录了冲击力和冲击速度、螺栓力响应和连接界面开缝位移，准静态失效实验中采集记录了加载力和加载位移(即作动筒锤头位移，下同)、螺栓力响应等数据。需要说明的是，力响应数据通过力传感器采集，位移数据通过设置电阻式位移传感器采集，数据由美国NI公司生产的数据采集记录系统记录，其中冲击失效实验数据采样频率为100 kHz，准静态失效实验数据采样频率为100 Hz．特别地，螺栓力响应数据是分析连接结构实际响应模式和失效机理的关键数据，是有限元模型检验校核的重要依据，因此实验中如何采集螺栓力响应数据是实验设计的核心，且必须尽量避免对实验件切削穿孔等处理造成原始误差。本文首次设计一种新型螺栓响应信号传感器如图3所示，采用间接测量的方式采集记录螺栓响应数据。传感器通过在轴承钢或弹簧钢材质(弹性极限高，保证受载过程中始终保持弹性变形范围内)的套筒表面粘贴应变片，采用45号钢淬火硬化的卡环固定在法兰和螺帽之间，加载过程中螺杆受力卡压套筒，螺杆和套筒受力可近似认为是大小相等、方向相反的作用力与反作用力关系，通过应变片记录套筒受力响应从而换算得到螺杆力响应数据。2 实验效果分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车座椅安全带固定点强度试验仿真模型改进[J]. 曹奇,成艾国,周泽,吴飞. 中国机械工程. 2012(14)
[2]考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析[J]. 尤天庆,王聪,曹伟,魏英杰,何春涛. 振动与冲击. 2011(08)
[3]典型爆炸螺栓承载能力研究[J]. 侯传涛,尹伟,唐陶,荣克林,马斌捷. 强度与环境. 2011(04)
[4]弯曲载荷作用下固体火箭发动机裙端连接螺孔受力分析[J]. 秦谊,侯晓,何高让,王凌云. 固体火箭技术. 2011(03)
[5]火箭级间段连接螺栓失效数值模拟[J]. 张朝晖,由小川,吕海波,尹云玉,辛万青,庄茁. 强度与环境. 2007(04)
[6]带有连接结构的导弹动特性试验研究方法[J]. 王建民,李国栋,黄卫瑜. 强度与环境. 2006(01)
[7]连接刚度对导弹固有特性的影响[J]. 郑晓亚,张铎,姜晋庆. 弹箭与制导学报. 2005(SC)
本文编号：3558873
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3558873.html
