推进剂贮存方舱底板有限元分析与优化设计

作     者：陈新林 荆彦文 郑雪玲 

作者机构：北京航天试验技术研究所 北京航天凯恩新材料有限公司 

出 版 物：《工程机械》 (Construction Machinery and Equipment)

年 卷 期：2024年第55卷第3期

页      面：114-120+10-11页

学科分类：08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主　　题：有限元分析 拓扑优化 应力分布 固有频率 

摘      要：推进剂贮存方舱的结构设计应考虑推进剂泄漏废液的收集问题，建立推进剂贮存方舱底板的三维模型，采用Abaqus软件分析推进剂贮存方舱在使用和运输两种工况下底板的结构静态特性和模态特性。分析结果显示，推进剂贮存方舱底板满足所选材料的许用应力要求，且不存在刚度不足导致的共振问题。因此，可进一步通过优化设计实现底板的轻量化，采用Abaqus软件进行拓扑优化。优化后的分析结果显示：推进剂贮存方舱底板的体积减少了50%，同时在使用工况下的最大应力由9.332 MPa增大至10.43 MPa；第一阶固有频率由优化设计前的46.265 Hz升高至47.051Hz。优化后的底板低于材料许用应力且不会发生共振。研究结果表明，文中设计的推进剂贮存方舱底板满足结构可行性的同时达到了集成化、轻量化目的，可有效降低机动运输成本，为推进剂贮存方舱结构设计提供思路。