CN103678782B - 一种补偿器分工况设计校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补偿器分工况设计校核方法，首先确定补偿器每个工况下的绝对补偿量；所述绝对补偿量包括最大绝对补偿量和最小绝对补偿量，第i个工况的最大绝对补偿量是第i-1个工况的最大绝对补偿量加上第i个工况的最大设计补偿量,第i个工况的最小绝对补偿量是第i-1个工况的最小绝对补偿量加上第i个工况的最小设计补偿量;然后根据绝对补偿量、工作压力、补偿器的结构参数和补偿器材料的力学指标，计算补偿器的失稳压力、强度校核值和疲劳寿命计算值；最后根据各个工况的疲劳寿命设计要求值，和各个工况下的疲劳寿命计算值计算损伤因子；根据损伤因子判断补偿器设计是否满足要求。本发明方法实施简便、适用性强、准确度高。

Description

一种补偿器分工况设计校核方法

技术领域

本发明涉及一种补偿器分工况设计校核方法。

背景技术

管系越长、温度变化越大则要求补偿器的补偿量越大，对贮箱加注或动作次数要求越多，则对补偿器的疲劳寿命要求越高，此外，还需要保证补偿器在工作时有足够的承压能力，不会发生失稳或强度破坏。如图1所示，补偿器一般由波纹管1和接头2组成。补偿器的校核主要是校核波纹管的结构参数是否满足各种工况要求。

运载火箭补偿器的工作工况一般分为装配、测试、加注、射前、飞行等，在每个工况中都有不同的补偿量、工作次数和承压能力要求。在以往的补偿器校核中，都是采用包络法，即将各个工况中的极限温度、最大压力、最大补偿量进行包络，将疲劳寿命要求进行叠加。

相比在役型号，在研的新型运载器贮箱更大，增压输送系统管系也更长和更复杂，因此对承担管系工作补偿和温度补偿作用的补偿器设计提出了更高的要求。经验证明，采用原有包络法，很多时候都不能设计出满足实际生产工艺要求的补偿器。

所以，根据型号现实需要，制订一种针对多工况工作周期的补偿器设计校核方法成为迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实施简便、适用性强、准确度高的补偿器分工况设计校核方法。

本发明包括如下技术方案：

一种补偿器分工况校核方法，所述补偿器先后经历K个工况，每个工况都有该工况对应的设计补偿量、疲劳寿命设计要求值和工作压力，所述设计补偿量包括最小设计补偿量和最大设计补偿量，包括如下步骤：

(1)确定补偿器每个工况下的绝对补偿量，

所述绝对补偿量包括最大绝对补偿量和最小绝对补偿量，第一个工况的绝对补偿量是该工况的设计补偿量，第i个工况的最大绝对补偿量是第i-1个工况的最大绝对补偿量加上第i个工况的最大设计补偿量,第i个工况的最小绝对补偿量是第i-1个工况的最小绝对补偿量加上第i个工况的最小设计补偿量，i＝2至K；

(2)在每个工况下，根据绝对补偿量、工作压力、补偿器的结构参数和补偿器材料的力学指标，计算补偿器的失稳压力、强度校核值和疲劳寿命计算值；

(3)在每个工况下，判断补偿器的失稳压力、强度是否满足要求，

当所有工况都满足要求时，则记录补偿器在各个工况下的疲劳寿命计算值，并转入步骤(4)；

否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)；

(4)判断补偿器的疲劳寿命是否满足要求，

若各个工况的疲劳寿命设计要求值分别为n₁、n₂、n₃……n_K，各个工况下的疲劳寿命计算值分别为N₁、N₂、N₃……N_K，则损伤因子 $D=\frac{n_1}{N_1}+\frac{n_2}{N_2}+\frac{n_3}{N_3}+...+\frac{n_K}{N_K};$

当D<1时，补偿器设计满足要求，结束；

否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过分别考虑补偿器在各个工况下的工作情况而不是包络计算，并将每个工况下得到的损伤因子叠加结果作为判断补偿器是否满足整个工作寿命要求的依据；从而使得本发明的设计校核方法实施简便，适用性强、准确度高，能够确保设计出满足要求的运载火箭补偿器。

附图说明

图1为补偿器结构示意图；

图2为本发明的补偿器分工况校核方法流程图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

设补偿器先后经历K个工况，每个工况都有该工况对应的工作温度、设计补偿量、疲劳寿命设计要求值和工作压力，所述设计补偿量包括最小设计补偿量和最大设计补偿量，如图2所示。本发明的补偿器分工况校核方法，包括如下步骤：

(1)确定补偿器每个工况下的绝对补偿量，

所述绝对补偿量包括最大绝对补偿量和最小绝对补偿量，第一个工况的绝对补偿量是该工况的设计补偿量，第i个工况的最大绝对补偿量是第i-1个工况的最大绝对补偿量加上第i个工况的最大设计补偿量,第i个工况的最小绝对补偿量是第i-1个工况的最小绝对补偿量加上第i个工况的最小设计补偿量，i＝2至K。设计补偿量和绝对补偿量包括轴向、径向和角度补偿量。

(2)在每个工况下，根据绝对补偿量、工作压力、补偿器的结构参数和补偿器材料的力学指标，计算补偿器的失稳压力、强度校核值和疲劳寿命计算值；具体计算方法是现有技术，可以参见GB/T12777-2008金属波纹管膨胀节通用技术条件。补偿器的失稳压力包括柱失稳压力和面失稳压力。所述强度校核值包括压力引起的波纹管直边段周向薄膜应力σ₁，压力引起的波纹管周向薄膜应力σ₂，压力引起的波纹管子午向薄膜应力σ₃和压力引起的波纹管子午向弯曲应力σ₄。

(3)在每个工况下，判断补偿器的失稳压力、强度是否满足要求。

当柱失稳压力≥工作压力，面失稳压力≥工作压力时，补偿器的失稳压力满足要求。

当σ₁≤σ_b，σ₂≤σ_b，σ₃+σ₄≤1.5×σ_b时，补偿器的强度满足要求。

当所有工况都满足要求时，则记录补偿器在各个工况下的疲劳寿命计算值，并转入步骤(4)；

否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)。

(4)判断补偿器的疲劳寿命是否满足要求，

若各个工况的疲劳寿命设计要求值分别为n₁、n₂、n₃……n_K，各个工况下的疲劳寿命计算值分别为N₁、N₂、N₃……N_K，则损伤因子 $D=\frac{n_1}{N_1}+\frac{n_2}{N_2}+\frac{n_3}{N_3}+...+\frac{n_K}{N_K};$

当D<1时，补偿器设计满足要求，结束；

否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)。

补偿器的结构参数包括外径、直边外径、波距、波高、层数和层厚，材料力学参数包括弹性模量、屈服强度和抗拉强度。

实施例

下面以补偿器先后经历装配、测试、加注、射前、飞行五个工况为例，对本发明的设计校核方法进行介绍，该实施例中补偿器最初的结构参数为：外径φ100mm，直边外径φ80mm，波距10mm，波数10个，层数2层，层厚0.3mm；波纹管材料1Cr18Ni9Ti，该材料的力学指标如表1所示。本实施例中，各个工况的已知量和计算值如表2所示，通过采用本发明的设计校核方法，可以确定出该补偿器设计满足要求。

表11Cr18Ni9Ti的力学指标

	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	弹性模量(GPa)
				80K	380	1625	214
常温	205	520	198
				500K	135	460	173

表2各个工况对应的已知量和计算结果

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种补偿器分工况设计校核方法，所述补偿器先后经历K个工况，每个工况都有该工况对应的设计补偿量、疲劳寿命设计要求值和工作压力，所述设计补偿量包括最小设计补偿量和最大设计补偿量，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定补偿器每个工况下的绝对补偿量，

所述绝对补偿量包括最大绝对补偿量和最小绝对补偿量，第一个工况的绝对补偿量是该工况的设计补偿量，第i个工况的最大绝对补偿量是第i-1个工况的最大绝对补偿量加上第i个工况的最大设计补偿量,第i个工况的最小绝对补偿量是第i-1个工况的最小绝对补偿量加上第i个工况的最小设计补偿量，i＝2至K；

(2)在每个工况下，根据绝对补偿量、工作压力、补偿器的结构参数和补偿器材料的力学指标，计算补偿器的失稳压力、强度校核值和疲劳寿命计算值；所述补偿器的失稳压力包括柱失稳压力和面失稳压力；所述强度校核值包括压力引起的波纹管直边段周向薄膜应力σ₁，压力引起的波纹管周向薄膜应力σ₂，压力引起的波纹管子午向薄膜应力σ₃和压力引起的波纹管子午向弯曲应力σ₄；

(3)在每个工况下，判断补偿器的失稳压力、强度是否满足要求，

当柱失稳压力≥工作压力，面失稳压力≥工作压力时，补偿器的失稳压力满足要求；当σ₁≤σ_b，σ₂≤σ_b，σ₃+σ₄≤1.5×σ_b时，补偿器的强度满足要求；

当所有工况都满足要求时，则记录补偿器在各个工况下的疲劳寿命计算值，并转入步骤(4)；否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)；

(4)判断补偿器的疲劳寿命是否满足要求，

若各个工况的疲劳寿命设计要求值分别为n₁、n₂、n₃……n_K，各个工况下的疲劳寿命计算值分别为N₁、N₂、N₃……N_K，则损伤因子

当D＜1时，补偿器设计满足要求，结束；

否则，调整补偿器的结构参数，然后转入步骤(2)。