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喷管扩张段壳体变形分析 刘曙光李健毛正森 (航天科技集团公司第四研究院41所，西安，710025) 摘要：本文介绍了某喷管扩眼段壳体在研制过程中发生了严重变形，对壳体变形采用有限 元分析计算，得出了造成变形的原因，解决了研制生严中的问题． 主题词：扩张段壳体，强度分析，有限无法 1概述 某喷管扩张段壳体小端柱段与锥段对接处在交付后发现变形，经反复检壹，发现该件金属件壳体 的变形处壳体向外凸起，壳体的壁厚未发生改变，经分析主要是该产品在机加后，由于外力的作用， 使壳体发生了塑性变形．变形后的壳体见图l，小端锥面变形后内壁偏离设计约0．$mm，圆柱面变成 锥角约0．44的锥面． 一一● I 刊一L 什 图I喷管扩张段壳体变形圈 该喷管扩张段壳体材料为ZL20SA，由于铸造材料内可能存在气孔．而气孔主要会分布在小头部 位，为确认壳体的气密可靠性，设计要求对小头容易产生气孔的柱段部位进行气密检验。气密检验的 示意图如图1所示，气密堵盖轴向加载保证气密，堵盖材料为4甜钢。检验的最高压强为0．5~口a．根据 以上情况分析，造成扩张段壳体发生塑性变形的外力主要有两种可能：一是壳体在进行气密检验时。 由于操作失误导致气压过高．造成壳体发生屈服；二是为保证气密时锥面密封部位的可靠性，在安装 气密堵盖堵盏时．所加的轴向压力太大(工艺未规定最大载荷)，造成壳体发生屈服．下面主要对以 上的两种情况进行有限元分析，以便掌握造成壳体变形的原因及造成壳体塑性变形的载荷。 根据其受载荷情况分析，以上的两种情况均为轴对称情况，因此可以采用轴对称情况进行有限元 分析计算。 2有限元分析 310 2．1轴对称问题 对于轴对称问题，采用柱坐标，单元内的位移可表示为， 毗力 = M以机 (1) 毗力 = M以挑 ，【，台，∑Ⅲ 单元内的应变可表示为： 抛 却 口 ， =嘲p} (2) 舢 斟=阱七 知却 一^一 a： 丹 对于轴对称问题，式(1)、(2)相应变为： 嘲=2，r从B】’【D】【明，抛 (3) 慨}=2万0，蚶f，胁 艇)=2石f(。【Ⅳ『k舾 (4) 僻}=2石k研【D】‰)，融 对于轴对称问题．主要可采用八节点等参元和四节点等参元。本计算采用八节点等参元· 2．2结果殛分析 2．2．1气密时气压载荷作用时壳体的应力和变形分析 按轴对称情况建立有限元模型如图2所示．按气密0．5MPa的工作情况分析后壳体变形及应力最大 的部位在小端，该部位的位移图及VonMises应力云图分别为图3和图4，由图4可以看出，壳体在0．5MPa 容压下的应力是非常小的．