改善贮箱Y形环焊缝应力水平的优化设计
王博赵亮郝鹏'蒋亮亮？
彭伟斌?
（1大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室，大连116024）
（2北京宇航系统工程研究所，北京100076）
文摘针对某箱Y形环与简段间焊缝处内外侧应力差过大问题，通过参数优化和形状优化的协同优化策略，利用Isight多学科优化平台集成有限元分析软件ABAQUS搭建了优化流程，得到的最终优化结果可以有效地改善Y形环和简段婵缝处的应力水平，提高贮箱的承载能力。另外，优化得到的结果与传统设计不同，这也为工程师解决同类问题提供了新的恩路。
关键词贮箱，Y形环，焊缝，参数优化，形状优化
中图分类号：V414.3+2
D0I:10.3969/j. issn.10072330.2014. Z1.008
OptimizationofImprovingY-RingWeldingStressLevelforTanks
PENG Weibin2
WANGBo'
ZHAO Liang
HAOPengJIANGLiangliang
(1State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Department of Engineering Mechanies,
Dalian University of Technology,Dalian 116024)
(2 Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering, Beijing 100076)
AbstractThe aim of this paper is to reduce the welding stress level between Y-ring and cylindrical shell and improve the carrying capacity of the tank. The collaborative optimization strategy of parameter optimization and shape optimization is introduced, using the Isight multidisciplinary optimization platform integrating finite element analysis software ABAQUS. In addition, the optimized result is different from traditional design, and it offers a new way for engineer to solve the similar problem.
Key wordsTank,Y-ring，Weld,Parameter optimization,Shape optimization
0引言
以液体为推进剂的航天运载器中，推进剂贮箱占有重要地位)。其中，承力式贮箱除了充当推进剂容器外，还起着支撑防护系统以及为其它系统仪器设备提供安装基础和空间的作用2-4]。贮箱结构的优劣、结构质量大小可决定该产品的应用，甚至影响射程或运载能力")。典型的贮箱箱体结构由承受内压的箱底，承受轴压、弯矩和内压的筒段，承受相邻部段作用力的前后短壳以及连接以上三者的Y形过渡环组成[5]。Y形环与箱底、筒段、前后短壳之间通过焊接技术相连[6]。由于Y形环连接着三个受力环境不尽相同的构件，受力形式较为复杂，这对材料性能较为薄弱的焊缝处的等应力设计提出了挑战。在Y形
收稿日期；2014-07-29
环与简段连接焊缝处，由于该处所受载荷较大，且为了满足气密性要求，可设计性不如短壳连接处，这道焊缝往往是贮箱结构设计中最为薄弱的环节。
本文首先对内压作用下贮箱的传统设计方案进行了有限元分析，获得了应力分布规律，然后分别分析了Y形环形貌与筒段形貌对焊缝及其热影响区应力分布的影响，基于得到的结论建立优化模型，构建参数优化与形状优化协同优化流程，最终的优化结果使焊缝及热影响区实现了均匀的应力分布。
传统设计方案分析 1
整体贮箱构型及Y形环与筒段的焊缝及热影响区轴向应力分布如图1所示，贮箱主体结构包括三部分：箱底、简段和前后短壳，采用焊接技术与Y形环
基金项目：973项目（2014CB049000，2014CB046506）；国家自然科学基金（11372062，91216201）；中国博士后科学基金（2014M551070）；辽宁省高等学校优秀人才支持计划（LJQ2013005）；高等学校学科创新引智计划（B14013）
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万方数据
宇航材料工艺
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2014年增刊I