楔形环连接结构可靠性优化设计研究

• 作 者: 张运刚
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 楔形环连接结构 弹塑性分析 应力分类 响应面法 可靠性优化

楔形环连接结构主要应用于鱼雷、导弹、航天飞行器以及水下航行器的壳体连接,其光顺的壳体表面可以提高此类产品在高速下的气动性能或液动性能,同时其在外载下的可靠性也与系统的功能实现直接相关。本文根据工程应用需求背景开展了楔形环连接结构的弹塑性有限元应力分析,确定了结构的失效模式,引入了分析设计的思想并采用应力分类法提出了结构的失效条件,在此基础上通过有限元正交试验构造了结构的二次响应面函数,继而建立并求解可靠度为约束的可靠性优化模型,得到了满足不同可靠性要求的更小型结构,为类似结构的设计研究提供了一条新思路。本文所取得的主要研究结果有以下几点：1)壳体楔形环槽根部所在的截面是楔形环连接结构的薄弱环节,该处有较强应力集中和较大的由变形引起的弯曲应力。2)楔形环腔根部是首先进入屈服的部位,该处的小范围塑性屈服不会引起整体结构的失效,只有当屈服区域扩展到整个截面时结构才会发生塑性垮塌失效。3)引起楔形环连接结构失效的主要原因为危险截面处一次总体薄膜应力与一次弯曲应力,提出了由塑性材料所组成的楔形环连接结构的失效准则。4)构造了结构应力响应与参数关系的二阶响应面函数,通过分析表明壳体口部止口长度是结构应力响应的主导因素。5)结构的可靠性优化结果及检验结果说明优化后的结构优于原设计方案,满足了可靠度要求和小型化要求。