[发明专利]碳纤维复合材料接头水压试验工装及其结构设计方法

权利要求书

1.一种碳纤维复合材料接头水压试验工装，其特征在于：包括底架、前盖板、腔体、后盖板和吊环，底架上设有后盖板，腔体设于前盖板与后盖板间，后盖板通过下连接螺栓与腔体的下端连接，前盖板通过上连接螺栓与腔体的上端连接，前盖板、腔体、后盖板共同形成内室，内室内设有碳纤维复合材料接头，前盖板通过顶部连接螺栓连接碳纤维复合材料接头，前盖板与碳纤维复合材料接头接触的端面密封槽内设有第一密封件，前盖板与碳纤维复合材料接头接触的侧面密封槽内设有第二密封件，腔体与碳纤维复合材料接头接触的内壁密封槽内设有第三密封件，腔体与后盖板接触的底面密封槽内设有第四密封件，前盖板中心处设有吊环。

2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料接头水压试验工装，其特征在于：第一密封件与第二密封件、第三密封件、第四密封件结构相同，第一密封件包括密封槽和O形密封圈，O形密封圈设于密封槽内。

3.如权利要求2所述的碳纤维复合材料接头水压试验工装，其特征在于：密封槽采用矩形截面密封槽。

4.如权利要求1所述的碳纤维复合材料接头水压试验工装，其特征在于：腔体采用半椭球形腔体。

5.如权利要求1所述的碳纤维复合材料接头水压试验工装，其特征在于：前盖板设有若干走线口，走线口均匀环向设置。

6.一种权利要求1-5任一项所述碳纤维复合材料接头水压试验工装的结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、根据输入条件，确定所设计水压试验工装结构承受的载荷工况；

S2、基于碳纤维复合材料接头理论外形及固体火箭发动机金属壳体设计原理，设计试验工装腔体形状及壁厚，初步确定腔体结构尺寸；

S3、根据腔体及接头结构初步确定前盖板和后盖板结构的参数，包括直径、厚度；

S4、基于固体火箭发动机壳体连接螺栓设计理论，计算前盖板与碳纤维复合材料接头、腔体与后盖板的连接螺栓的直径与数量，并选型；

S5、确定前盖板与碳纤维复合材料接头、腔体与碳纤维复合材料接头、腔体与后盖板间的密封件，基于壳体密封结构设计原理计算密封件尺寸并选型，然后计算密封槽尺寸；

S6、分析结构的可能失效模式，包含工装结构总体应力强度、零件局部应力强度、连接螺栓应力强度，并建立有限元模型进行强度校核，要求能够承受3倍以上试验工况载荷；

S7、强度分析结果至工装能够满足结构设计要求，否则参照强度分析结果，重复步骤S2-S6对结构进行优化设计；

S8、工装零部件结构细化及减重设计，至结构强度分析结果满足结构设计要求，得到最终的碳纤维复合材料接头水压试验工装，结构细化包括工装吊环、底架以及各零件之间的配合设计；减重设计的目标是碳纤维复合材料接头水压试验工装在保证强度与刚度满足要求的前提下尽量减重。