[发明专利]航天推进剂贮箱带防热涂层金属膜片的有限元计算方法

摘要

本发明公开的航天推进剂贮箱带防热涂层金属膜片的有限元计算方法，是基于仿真软件MARC利用非线性有限元方法对航天推进剂贮箱带防热层的金属膜片翻转过程进行模拟仿真，具体是通过金属膜片外侧涂层的层数、厚度、材料特性等各种不同组合建立带防热涂层的金属膜片计算模型，获得分析防热涂层对金属膜片翻转的关键参数影响的计算方法。非线性有限元方法对大变形非线性、材料非线性问题具有极大的适应性和灵活性，能比较准确地计算带有防热涂层的金属膜片的翻转过程，进而预测防热涂层的材料特性和厚度对金属膜片翻转的可靠性的影响。本发明解决了目前试验和仿真手段尚不能分析防热涂层对金属膜片翻转的影响的难题。

主权项

1.航天推进剂贮箱带防热涂层金属膜片的有限元计算方法，其特征在于：该方法依次包括以下步骤：步骤A:基于仿真软件MARC进行金属膜片的参数化建模；步骤B:对防热涂层分层建模；步骤C:对金属膜片的边界条件进行设置，并在外表面施加翻转压力；步骤D:对带防热涂层金属膜片的翻转过程采用迭代法进行非线性大变形分析；步骤E:对防热涂层金属膜片的变形和应力进行分析，按节点导出金属膜片产生的变形和应力，供后续分析工具应用；其中，步骤A包括以下步骤：A1:将金属膜片按照母线形状建立几何模型；A2:将金属膜片母线旋转成旋转壳体，划分为壳单元网格；A3:将各壳单元按照膜片的设计要求设置为相应的厚度，保证相邻的单元光滑过渡；A4:将金属膜片的弹性模量、泊松比、应力应变关系曲线赋予膜片单元；步骤B包括以下步骤：B1:按照防热涂层的涂层数在金属膜片的单元基础上建立涂层单元；B2:将防热涂层各层对应的厚度赋予涂层单元；B3:将防热涂层隔层对应的弹性模量、泊松比、应力应变关系曲线赋予涂层单元；步骤C包括以下步骤：C1:选择金属膜片的预弯边边线为固定边界；C2:将金属膜片的单元外法线调整为统一的外表面；C3:将翻转压力沿外法线施加到防热涂层单元表面；步骤D包括以下步骤：D1:根据单元特点自动设置计算步长，保证正确收敛性；D2:设置Newton‑Raphson方法进行非线性大变形分析；步骤E包括以下步骤：E1:读取并输出膜片的变形与应力数据；E2:读取并输出各涂层的变形与应力数据；E3:根据膜片的强度条件判断膜片是否有局部发生破裂现象；E4:根据各涂层的强度条件判断是否有涂层发生破裂现象；E5:将金属膜片各节点的变形按照固定格式输出，供后续分析工具应用。