手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
衛星推進劑貯箱是衛星中的重要部件之一，其工作過程中火箭發射時強烈的振動及隨后的入軌、調姿，加上內部充滿大量的推進劑及高壓氣體，造成了貯箱的復雜力學環境。因此，必須對推進劑貯箱進行有限元分析來合理的優化設計，以滿足貯箱的壽命、安全性要求。
進入上世紀20年代以來，各國的航天工業都向著產業化方向發展，衛星的生產也趨于小型化和系列化。通過對國外貯箱的調研，發現國外貯箱的殼體厚度都比我國的薄。而在國內，有關這方面的研究工作開展的并不多，在安全系數選取上一般偏于保守，生產出來的貯箱質量也較重。為了發展更輕型的貯箱，提高有效載荷，有必要對貯箱殼體進行設計優化。在對貯箱進行強度分析和結構優化設計時，就要用到有限元分析的方法。
采用STUT有限元分析軟件對現有的一個貯箱進行建模及結構優化設計。
從圖中可以看出改進后貯箱在工作壓力下應力最大，它的變形量橫向為縱向，滿足設計要求。優化后的貯箱尺寸分布為半球壁厚柱段壁厚。質量比原來貯箱設計減輕+比實際加工貯箱質量則減輕。
圖中可以看出，改進后貯箱殼體在爆破壓力下的最大應力為892，發生在上半球與支撐裙的連接處。貯箱整體的應力狀態分布比較均勻，滿足等應力設計的思想。加上焊縫的因素及液體的質量因素，貯箱在爆破壓力下應力不會大于894，滿足強度要求。
選取貯箱有限元模型上的結點，分析向位移載荷變化，如圖所示從圖中可以看出，該結點開始時向位移隨著載荷的加大成線性變化，變化量并不大，這是因為材料在彈性變形階段；從附近隨著載荷的加大位移變化逐漸的增加，這是符合實際情況的。同理，貯箱上結點向位移、應力隨載荷變化也符合同樣的規律。
優化后的貯箱滿足了強度要求，但這還不夠，還要滿足穩定性條件和動力學條件，隨后對貯箱進行屈曲分析。
根據對國外資料的調研，發現國外的貯箱都比我國的貯箱質量輕，其中殼體的質量減輕占了很大的比例。為了提高有效載荷，減輕貯箱的質量，所以根據等應力設計的思想，對貯箱危險的部位進行了加厚處理，把貯箱殼體應力不大的地方減薄，使貯箱的應力狀態更加均勻化。
殼體優化后的結果為柱段部分厚度為172，上下半球厚度為0.5。這時的貯箱已經進入到塑性變形階段，按照線性的應力應變關系計算出來的結果并不準確，這需要對貯箱進行非線性分析。
1）首先將結構離散成單元，分別建立單元局部坐標系和結構整體坐標系，選取合適的位移模式，求出位移插值函數。
2）引入幾何條件及物理條件，并根據能量原理或靜力平衡條件求得單元結點力與結點位移之間的關系—單元剛度矩陣。
3）引入邊界條件，并根據邊界條件修正總剛度矩陣；解有限元基本方程得結構整體坐標系下的結點位移，并由此求得單元結點位移。
4）最后根據經逆變換后得到的單元局部坐標系中結點位移求得單元內力。
首先對現在的貯箱進行建模。根據貯箱的實際結構，并進行合理的等效，對貯箱的圓角過渡都給于忽略，建立貯箱的幾何模型。貯箱結構由上下2個半球、柱段、支撐裙組成。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
杭州納泰科技咨詢有限公司
本文出自杭州納泰科技咨詢有限公司www.zoners.com.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！