基于裝藥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的藥形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的核心部分是裝藥設(shè)計(jì)。裝藥的尺寸形狀可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壓強(qiáng)和推力隨時(shí)間的變化規(guī)律，也可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)的體積分?jǐn)?shù)和結(jié)構(gòu)完整性，可見(jiàn)裝藥設(shè)計(jì)的好壞決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)彈道性能和其它技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣。在裝藥設(shè)計(jì)技術(shù)滿足內(nèi)彈道性能前提下，一般通過(guò)裝藥結(jié)構(gòu)完整性分析來(lái)校核藥形設(shè)計(jì)。但事實(shí)上，內(nèi)彈道性能優(yōu)良的裝藥一般會(huì)因增加發(fā)動(dòng)機(jī)的體積裝填分?jǐn)?shù)而加大裝藥的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，難以滿足結(jié)構(gòu)完整性要求。為了解決藥形設(shè)計(jì)中這一難點(diǎn)，本文開(kāi)展了仿真分析方

2、法的應(yīng)用研究，編寫(xiě)了發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化建模程序，并用于藥形結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析和藥形參數(shù)靈敏度分析，并結(jié)合遺傳算法進(jìn)行了考慮結(jié)構(gòu)完整性、藥柱燃面變化規(guī)律和裝填分?jǐn)?shù)的藥形優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后結(jié)合開(kāi)發(fā)的分析軟件對(duì)冷氣增壓過(guò)程中藥柱的力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究。本文采用的方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)藥形設(shè)計(jì)具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容為:
　　(1)利用ABAQUS軟件的二次開(kāi)發(fā)工具Python實(shí)現(xiàn)了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化建模技術(shù)，編寫(xiě)了星孔裝藥、車(chē)輪形裝藥和翼柱形裝藥

3、發(fā)動(dòng)機(jī)的三維參數(shù)化建模程序，可以根據(jù)藥形幾何參數(shù)自動(dòng)建立有限元模型，并進(jìn)行分析計(jì)算。將其應(yīng)用于三維星孔藥柱的結(jié)構(gòu)完整性分析中，給出了星孔裝藥在不同載荷下的力學(xué)特性。
　　(2)利用編寫(xiě)的星孔裝藥、車(chē)輪形裝藥和翼柱形裝藥發(fā)動(dòng)機(jī)的三維參數(shù)化建模程序，結(jié)合向前差分法對(duì)三種裝藥的幾何參數(shù)進(jìn)行了靈敏度分析。研究了藥柱的最大Von Mises應(yīng)變和通氣參量隨幾何參數(shù)的變化規(guī)律，得到了幾何參數(shù)的靈敏度系數(shù)，并確定了藥柱的關(guān)鍵幾何參數(shù)。
　

4、　(3)介紹了幾種優(yōu)化算法，并將遺傳算法與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化建模方法相結(jié)合，得到了藥形結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，同時(shí)結(jié)合藥柱結(jié)構(gòu)完整性、藥柱燃燒面積和體積裝填分?jǐn)?shù)的要求，得到了星孔、車(chē)輪形和翼柱形藥柱滿足燃面變化需求和裝填分?jǐn)?shù)要求的最優(yōu)εVmax結(jié)果，并且給出了最優(yōu)藥形結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　(4)將建立的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化建模軟件與發(fā)動(dòng)機(jī)冷氣增壓實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將實(shí)驗(yàn)獲得的壓力數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)力學(xué)性能仿真計(jì)算，得到了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程中，藥柱受