基于Patran二次开发的星形药柱结构分析与设计

为了分析药形几何参数对星形药柱固体发动机结构完整性的影响,在有限元软件MSC.Patran/Nastran平台上,用Patran的二次开发工具PCL(Patran Command Language),建立了典型星形药柱参数化模型,分析了温度和内压载荷作用下星形药柱最大Von Mises应变随几何参数的变化规律,通过调整几何参数,对低温工况下某星形药柱进行了结构设计。结果表明,星形药柱的星角系数和沟槽深度对其结构完整性影响较大,通过对这两个参数的设计,可使药柱在低温工况下不出现裂纹。所提出的方法和相应结论可为固体发动机设计提供参考。

考虑结构完整性和装填分数的星形药柱形状优化

在固体火箭发动机药柱设计过程中,装填分数较大的药柱结构完整性很难满足要求。利用PCL对商用有限元软件MSC Patran/Marc进行二次开发,建立星形药柱发动机的二维参数化有限元模型。在此基础上,采用遗传算法对星形药柱进行了形状优化,以结构完整性最优为优化目标,以装填分数为约束条件,得到了Von mises应变最小且面积装填分数不小于0.85的药柱形状。所提出的方法可方便地应用于各种固体火箭发动机装药设计。

温度冲击下星孔药柱应力应变场数值仿真

基于固体推进剂材料特性与温度和时间相关的热粘弹性理论,为提高发动机的安全性,建立了二维星孔装药的模型。利用有限元方法分析了星孔装药在温度冲击过程中的温度、应力、应变的变化过程,得到星孔药柱在温度冲击过程中所存在的危险点。着重得出了不同星尖圆弧半径、不同的星根半角对星尖处应力和应变的影响情况:当星根半角一定时,星尖处的应力值和应变值随星尖圆弧半径减小而增大,半径越小增大的速率越大;当星尖圆弧半径一定时星尖处应力应变随着星根半角的增大直线增大。

端部初始燃面可变的星孔火箭装药燃烧特性

采用上、下端面均无包覆星孔装药的小型自由装填式固体火箭发动机,其药柱端面与垫片间的间隙会受温度等因素影响而发生变化。端部初始燃面变化规律较为复杂,无法使用经典的燃面计算理论。通过引入端面燃烧参与度和端面等效燃烧厚度的方法,结合试验条件导出了燃面面积经验计算公式,解决了端部初始燃面可变的星孔火箭装药燃面计算问题。研究了不同温度条件下火箭发动机性能的变化,得出了温度对火箭发动机性能的影响规律和可用于指导实际工程应用的结论。

45#钢板表面星状裂纹成因探析与控制

三钢板坯连铸近期生产的45#板在热送热轧过程中钢板表面发现批量星状裂纹,通过现场调查分析发现,主要原因是45#板钢水中混入了微量元素Ti。元素Ti在铸坯凝固后的冷却过程中钛的C、N化合物会析出并存在于奥氏体晶界上,降低了晶界强度,导致裂纹产生。在生产组织管理和铸坯落地管理两个方面,通过采取针对性措施后,45#板星状裂纹得到有效控制。