中國(guó)的航天技術(shù)正處在迅速的發(fā)展過程,火箭的發(fā)射也越來越頻繁,對(duì)于火箭的可靠性要求也越來越高�；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)是保證火箭成功發(fā)射的重要因素,波紋管在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中起著較為重要的控制作用,其性能優(yōu)劣對(duì)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)顯得十分重要。由于波紋管成型的復(fù)雜性等問題,會(huì)導(dǎo)致波紋管出現(xiàn)阻尼力異常現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致波紋管在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡頓等異常情況。目前對(duì)于波紋管軸向剛度的檢測(cè)并沒有專業(yè)設(shè)備,主要是依靠手動(dòng)的方式進(jìn)行,檢測(cè)過程效率低下,其結(jié)果也會(huì)引入較大的人為誤差,不符合標(biāo)準(zhǔn)化要求。因此需設(shè)計(jì)出一套能夠?qū)Σy管軸向剛度進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量和分析的系統(tǒng)裝備,以彌補(bǔ)現(xiàn)如今檢測(cè)方式的不足。對(duì)波紋管的力學(xué)特性進(jìn)行仿真研究,確定檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求和總體技術(shù)方案,并根據(jù)波紋管的結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)行波紋管剛度檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中伺服電機(jī)提供加載力,并選擇滾珠絲杠進(jìn)行一維傳動(dòng),同時(shí)進(jìn)行傳感器布局設(shè)計(jì)和裝夾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于STM32芯片,完成硬件控制系統(tǒng)搭建,以AD7606芯片作為數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換的核心,并設(shè)計(jì)相關(guān)輔助功能模塊,完成控制系統(tǒng)硬件搭建和相關(guān)程序算法設(shè)計(jì)。基于串口通信,完成波紋管剛度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件開發(fā),其中觸摸控制基于Vi... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省211工程院校985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-24層U形波紋

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-設(shè)置材料的屬性，最終經(jīng)過計(jì)算得到壓力-位移曲線和應(yīng)力云圖，促進(jìn)了波紋管的優(yōu)化分析研究及其更深層次的發(fā)展。a)S型波紋管b)V型波紋管圖2-3焊接金屬波紋管的網(wǎng)格劃分情況[11]2011年，劉大華等[12]在靜力學(xué)和接觸力學(xué)的有限元算法基礎(chǔ)上，對(duì)不同載荷下多層U型波紋管的力學(xué)特性進(jìn)行了仿真研究。在不影響波紋管力學(xué)特性的前提下在建立模型時(shí)對(duì)波紋管進(jìn)行一定簡(jiǎn)化，并采用各層的中面尺寸來進(jìn)行建模，以更為真實(shí)地反映波紋管層與層之間的關(guān)系。為了對(duì)實(shí)際的接觸狀態(tài)進(jìn)行更好地模擬，在對(duì)多層U型波紋管的有限元模型網(wǎng)格劃分的時(shí)候選用SHELL63單元，網(wǎng)格劃分較密，而且考慮到殼體厚度，通過TARGE170和CONTA174單元來模擬層與層之間的接觸，劃分結(jié)果如圖2-4所示。然后施加合適的約束條件，利用ANSYS軟件，計(jì)算得到波紋管在不同壓力載荷下的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析結(jié)果。最后對(duì)波紋管進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果證實(shí)所創(chuàng)建的波紋管有限元模型的合理性，促進(jìn)了多層無加強(qiáng)波紋管的動(dòng)力學(xué)特性的理論的發(fā)展和研究。同年，MamtiminGheni等[13]研究了機(jī)械密封焊接波紋管的軸向剛度和柔度與波紋管膜片數(shù)量之間的關(guān)系。采用有限元分析方法分別創(chuàng)建不同膜片數(shù)量條件下的分析模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算，得到相應(yīng)的應(yīng)力云圖和壓力-位移曲線。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行整理分析，最終得出波紋管的軸向剛度隨其膜片數(shù)量的增加呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)而柔性則逐漸增大的結(jié)論。2015年，北京理工大學(xué)的周最[14]采用ANSYS分析軟件構(gòu)建了波紋管組件的模型并分析其剛度和使用壽命。在建立有限元模型的時(shí)候，采用了軸對(duì)稱SHEEL單元，加快了計(jì)算的速度，并利用PLANE183單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格深入研究了波紋管壁厚減薄與其剛度特性之間的關(guān)系，基于指數(shù)逐漸減薄法，創(chuàng)建

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-件所得到的壓力-位移曲線和應(yīng)力分布云圖分析了波紋管的剛度和穩(wěn)定性以及進(jìn)一步建立了合理的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型以實(shí)現(xiàn)對(duì)波紋管的優(yōu)化分析。a)波紋管結(jié)構(gòu)b)波紋管有限元模型圖2-4波紋管有限元模型[12]圖2-5壁厚減薄指數(shù)為0.6的波紋管有限元模型[14]2016年，李航等[15]對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)氫主閥中的波紋管組件進(jìn)行了力學(xué)性能分析。針對(duì)波紋管組件的結(jié)構(gòu)形式，按照?qǐng)D2-6所示方式對(duì)波紋管組件的受力狀態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行有限元分析模型創(chuàng)建。然后通過Abaqus軟件仿真波紋管組件的力學(xué)特性進(jìn)而得到了其在不同載荷下的力學(xué)特性分布情況，最后剛度分析結(jié)果與EJMA標(biāo)準(zhǔn)[16]的后續(xù)對(duì)比結(jié)果表明所得到的力學(xué)分析結(jié)果具有較高的可靠性。2017年，鄒晗陽(yáng)等[17]通過有限元方法研究了波紋管的有效作用直徑。對(duì)如圖2-7a所示的S型焊接波紋管進(jìn)行研究，在將波數(shù)等無關(guān)要素產(chǎn)生的干擾去除之后，取如圖2-7b所示的1/4波紋管模型進(jìn)行仿真，并通過自動(dòng)掃掠方法在創(chuàng)建的1/4波紋管模型上劃分出六面體形狀網(wǎng)格。之后運(yùn)用ANSYS軟件中附帶的probe工具包求解波紋管相關(guān)表面的反作用力從而計(jì)算得出有效作用直徑，經(jīng)實(shí)際結(jié)果與理論求解結(jié)果對(duì)比后表明在進(jìn)行研究時(shí)所采用的相關(guān)研究方式的合理WRrLhtdD

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