基于ABAQUS的固体火箭发动机壳体外压屈曲分析

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2024.01.018

摘要/Abstract

摘要：

利用有限元分析软件ABAQUS对固体火箭发动机壳体进行外压屈曲分析。通过理论公式计算结果和有限元计算结果对比，当光壳体长径比不小于8时，有限元计算结果和Mises公式计算结果的误差在2.7％范围内，验证了有限元计算方法的准确性。采用有限元计算方法分析了带不同定心部壳体的屈曲性能，可以看出：相较于增加定心部的轴向长度，增加定心部的厚度对壳体抗屈曲性能的提升更为显著；定心部位置越靠近壳体中间，壳体的抗屈曲性能越好；定心部尺寸的约束下，由中间1个定心部增加到三个定心部均布，壳体临界失稳压力增加了36.1％。

关键词: 固体火箭发动机壳体, 屈曲, 临界失稳压力, 有限元计算, ABAQUS

Abstract:

The finite element analysis software ABAQUS is used to analyze the buckling of solid rocket motor shell under external pressure. By comparing the theoretical formula calculation results with the finite element calculation results， the error between the finite element calculation results and Mises formula calculation results is within 2.7% when the length-diameter ratio of the light shell is greater than 8， which verifies the accuracy of the finite element calculation method. The buckling performance of shells with different centering parts is analyzed by finite element method. It can be seen that compared with increasing the axial length of centering parts， increasing the thickness of centering parts can improve the buckling resistance of shells more obviously. The closer the centering position is to the middle of the shell， the better the buckling resistance of the shell is. In this paper， under the size constraint of centering parts， the critical instability pressure increases by 36.1% from one centering part in the middle to three centering parts uniformly distributed.

Key words: solid rocket motor shell, buckle, critical instability pressure, finite element calculation, ABAQUS

中图分类号:

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图/表 12

图1 筒体外压作用下线性屈曲模态（放大100倍）

Fig. 1 Linear buckling mode of cylinder under external pressure (magnification 100 times)

图2 载荷比例因子-位移曲线图

Fig. 2 Load scale factor-curve

图3 长径比-临界失稳压力曲线图

Fig. 3 Length-diameter ratio-critical instability pressure curve

图4 带一个定心部的壳体结构示意图

Fig. 4 Schematic diagram of shell structure with a centering part

图5 外压-位移曲线图

Fig. 5 Curve of external pressure-displacement

图6 定心部轴向长度-临界失稳压力曲线图

Fig. 6 Curve of axial length of centering part-critical instability pressure

图7 定心部厚度-临界失稳压力曲线图

Fig. 7 Curve of centering thickness-critical instability pressure

图8 壳体外压作用下线性屈曲模态（放大100倍）

Fig. 8 Linear buckling mode of shell under external pressure (100 times magnification)

图9 壳体外压作用下线性屈曲模态（放大100倍）

Fig. 9 Linear buckling mode of shell under external pressure （100 times magnification）

图10 定心部位置-临界失稳压力曲线图

Fig. 10 Curve of centering position-critical instability pressure

图11 壳体外压作用下线性屈曲模态（放大100倍）

Fig. 11 Linear buckling mode of shell under external pressure (100 times magnification)

表1 壳体外压作用下临界失稳压力 (MPa)

Table 1 Critical instability pressure under external pressure of shell

	1个定心部	3个定心部
线性计算	0.133	0.181
非线性计算	0.131	0.179

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