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异形真空室壳体的结构强度分析

发布于:2016-02-25 20:06
强度分析

      薄壁盒形真空室壳体在航天产品中应用的越来越多,其主要功能是为内部部件提供一个密闭的真空环境和可靠的结构支撑。盒形壳体虽然制造复杂,耗费金属材料较多,但壳体内部可利用的空间大,布局紧凑,是航天产品小型化的必然选择。真空室壳体设计方法分为规则设计CDesignbyRule和分析设计CDesignbyAnalysis,前者基于“弹性失效”准则,是结合经典力学理论的一种经验设计方法,后者基于“弹塑性失效”准则,其理论基础是板壳力学、弹性与塑性理论及有限元分析法,可以计算得到结构各部位的应力和变形团。以探月质谱计真空室壳体设计为背景,分别采用规则设计和分析设计两种方法进行了壳体强度分析校核,得到应力分布情况,并利用Ansys参数化设计对壳体壁厚进行了优化,使材料得到了有效地利用。
      真空容器的设计压力应等于大气压lOS Pa,盒形壳体厚度可以按矩形平板计算。给出的计算公式,其适用条件是板周边固定,受外压为0.1MPa,水压试验用压力水为0.196MPa(真空容器通常要做水压试验)式中知,壳体实际壁厚S。一壳体计算壁厚C,B-矩形板的窄边长度,弯曲时许用应力。轧钢和铸钢的弯曲许用应力通常规定与简单拉伸压缩时用的许用应力相同。当做水压试验时,矩形板的应力凭一常温下材料的屈服限,可见满足水压试验要求。由上述计算得到真空壳体壁厚选择0.7mm及以上厚度,可以满足地面调试的强度要求。探月质谱计真空室采用薄壁盒形壳体结构,如图所示。
      真空容器为一体冲压拉伸成形,保证功能实现的前提下,减少了焊缝,样不仅提高了结构的可靠性,而且简化了后期的检漏工作。各面连接处均留有R6的圆角。壳体上盖板在内部部件最终调试完成后,采用电子束焊与壳体连接,焊接处采用扩口处理,降低焊接难度,确保焊缝能够可靠密封。壳体材料采用316不锈钢(国内牌号为022Cr17Ni12Mo2),该材料出气率低、可焊性好,气密性好。其抗张强度,屈服强度,弹性模量210000MPa,泊松比0.278。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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