运载火箭主承力筒壳结构轴压稳定性问题研究

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研制大推力运载火箭是我国航天工程的战略任务之一。箭体承载力是运载火箭结构强度设计的核心指标,作为影响箭体承载力的关键问题,主承力筒的轴压稳定性分析具有重要的理论意义及工程应用价值,本文针对运载火箭主承力筒壳结构进行轴压稳定性分析方法的研究。具体而言,本文开展的研究工作及成果包括:  首先从薄壁圆柱壳结构入手,并拓展到薄壁加筋圆柱壳结构,分别对其进行屈曲和后屈曲分析。针对薄壁圆柱壳轴压线性屈曲问题,基于广义梁理论,推导了薄壁圆柱壳临界应力表达式,提出了一种薄壁圆柱壳轴压稳定性分析的方法,并进一步研究了薄壁圆柱壳临界屈曲应力与轴长和壁厚之间的关系。针对轴压下薄壁加筋圆柱壳前屈曲问题,基于小挠度理论,采用等效刚度法和最小势能法分别推导了薄壁加筋圆柱壳整体失稳的临界载荷表达式,以及蒙皮和筋条局部失稳的临界载荷表达式,探讨了加筋结构蒙皮厚度、筋条数目、筋条截面尺寸和加筋类型等对屈曲承载力的影响,并提出了增强薄壁加筋结构轴压稳定性的设计方案。针对轴压下薄壁加筋圆柱壳的后屈曲问题,基于非线性大挠度理论,采用弧长法和显式后屈曲分析法对加筋壳体进行参数化探索,获得载荷-位移曲线进而分析影响结构后屈曲的因素,为结构后屈曲分析提供参考,并基于等效刚度法将模型进行简化,把薄壁加筋圆柱壳等效为光滑圆柱壳,提高了分析效率,降低了分析难度,为工程应用提供一种快速后屈曲分析方法。
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