[发明专利]蒙皮加筋圆柱壳结构扭转等效刚度优化获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扭转等效刚度获取方法，主要涉及到运载火箭和液体导弹典型蒙皮加筋圆柱壳结构扭转等效刚度的优化获取方法。

背景技术

蒙皮加筋圆柱壳结构由蒙皮壳、桁条、环框组成，具有高强度、刚度、轻质化特性，在火箭结构中广泛的应用。其中蒙皮可以承受弯曲、扭转、拉压载荷，而桁条做为纵向构件，其横截面尺寸相对长度很小，只承受沿其自身轴向的载荷，承受扭转和自身横向弯曲很低，可以忽略。

针对蒙皮加筋圆柱壳结构，目前动力学建模方法有三种：

模型1：等效厚度模型

该等效计算模型是一个具有均匀截面厚度的光壳，可以直接利用等效厚度计算扭转刚度。在计算扭转刚度时，可以把该壳等效为梁。

模型2：变厚度模型

在这种模型中，把附有纵向桁条的蒙皮部分加厚。这种方法相当于桁条和壳为面连接，由于桁条被认为是相同的并且沿着周向均匀分布，因此该变厚度壳扭转时的截面仍然可以看成是平面，没有翘曲。

模型3：壳-梁模型

在这种模型中，用壳单元来模拟蒙皮，用梁单元模拟桁条，和实际结构比较接近。

第一种模型建模简单，计算量较小，但目前的计算方法得到的结果较实际值偏大；第二种模型建模复杂，计算量较大，但计算结果较真实值同样偏大；第三种模型和实际结构比较接近，但建模较复杂，计算量较大，得到的结果与真实值更加接近。

因此，亟待改进基于第一种模型的扭转刚度计算方法，简单快速地得到与第三种复杂模型相同精度的结果，具有十分重要的工程应用意义。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种针对火箭中常用的蒙皮加筋圆柱壳结构，能够准确反映其扭转刚度的等效刚度优化获取方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种蒙皮加筋圆柱壳结构扭转等效刚度优化获取方法，包括以下步骤：

步骤一、分别采集蒙皮加筋圆柱壳结构的材料扭转弹性模量G，蒙皮壳直径D，蒙皮壳厚度δ；所采集的桁条共有m类桁条，进而采集第i类桁条的个数N_i、截面积A_bi及极惯性矩J_bi，其中i＝1,2,…,m；

步骤二、根据采集得到的蒙皮加筋圆柱壳结构的蒙皮壳直径D、第i类桁条的个数N_i及极惯性矩J_bi，利用面积等效法获得桁条总等效厚度t_b；

tb=Σi=1mNiAbi/πD;]]>

步骤三、根据采集蒙皮加筋圆柱壳结构的蒙皮壳直径D、蒙皮壳厚度δ以及步骤二中获取的桁条总等效厚度t_b，进而获得蒙皮加筋圆柱壳结构总的等效厚度t和蒙皮加筋圆柱壳结构总的等效极惯性矩J₀；

t=δ+t_b，J0=π4D3t;]]>

步骤四、根据步骤三中获取的蒙皮加筋圆柱壳结构总的等效极惯性矩J₀，获得蒙皮加筋圆柱壳结构总的实际极惯性矩J；

J=c_kJ0，其中c_k为优化因子，

步骤五、根据所采集蒙皮加筋圆柱壳结构的材料扭转弹性模量G以及步骤四获取的蒙皮加筋圆柱壳结构总的实际极惯性矩J，获得蒙皮加筋圆柱壳结构总的实际扭转刚度K_N；

K_N=GJ。