某型運(yùn)載器發(fā)射管內(nèi)靜載強(qiáng)度分析

潘兵遠(yuǎn)+林莉蕓

摘 要：隨著潛艇在軍事領(lǐng)域地位的提高，潛射發(fā)射技術(shù)備受各個(gè)國家的重視。本文以某X型潛艦運(yùn)載器尾段為研究對(duì)象，運(yùn)用ANSYS軟件分析其在發(fā)射管內(nèi)受靜荷載時(shí)，其各個(gè)部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強(qiáng)度分析。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載器；ANSYS；荷載；強(qiáng)度分析

0 引言

潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器是潛射反艦、反潛、對(duì)空導(dǎo)彈經(jīng)歷發(fā)射裝置發(fā)射、水中航行直到出水的運(yùn)載工具，同時(shí)對(duì)導(dǎo)彈在貯存、運(yùn)輸、裝填、發(fā)射過程中兼有保護(hù)箱的作用。因此運(yùn)載器不僅是一個(gè)獨(dú)立水中航行器，而且還是導(dǎo)彈的保護(hù)箱和"發(fā)射平臺(tái)"。運(yùn)載器分為無動(dòng)力和有動(dòng)力兩種。本文以潛射導(dǎo)彈的無動(dòng)力水下運(yùn)載器為研究對(duì)象，它是一個(gè)具有正浮力的浮力體，不設(shè)置水下推進(jìn)裝置。由正浮力和發(fā)射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設(shè)置姿態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由良好的流體動(dòng)力布局和合理的動(dòng)、靜力構(gòu)型使之具有良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，從而滿足導(dǎo)彈對(duì)出水姿態(tài)的要求。

潛射導(dǎo)彈的運(yùn)載器是存在于水下的發(fā)射管內(nèi)，因此水將會(huì)對(duì)運(yùn)載器產(chǎn)生靜載壓力，過大的靜載壓力將會(huì)使運(yùn)載器產(chǎn)生強(qiáng)度破壞。本文以運(yùn)載器尾部為研究對(duì)象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運(yùn)載器尾部易破壞位置。

1 運(yùn)載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，是武器輕量化首選的輕質(zhì)，高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料。作為導(dǎo)彈的運(yùn)載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運(yùn)載器為一個(gè)和導(dǎo)彈外形相似的細(xì)長圓柱體。結(jié)構(gòu)全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運(yùn)載器厚度為0.007m。結(jié)構(gòu)為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結(jié)構(gòu)圖如圖1。

為利用有限元法軟件對(duì)運(yùn)載器進(jìn)行強(qiáng)度分析，需對(duì)運(yùn)載器的實(shí)體模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐?。本文擬采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變能力。圖2為運(yùn)載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器的發(fā)射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內(nèi)完成發(fā)射。在實(shí)際發(fā)射過程時(shí)，常常出現(xiàn)由于材料強(qiáng)度不足，在運(yùn)載器尾部出現(xiàn)大量裂縫，給導(dǎo)彈發(fā)射造成較大安全隱患。為保證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性，需要尋找出在運(yùn)載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結(jié)構(gòu)的易破壞位置，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。

在ANSYS計(jì)算的后處理時(shí)，沿三個(gè)坐標(biāo)方向的應(yīng)力、位移在不同坐標(biāo)系下其結(jié)果是不同的。而主應(yīng)力、等效應(yīng)力不隨坐標(biāo)系的改變而改變，因此可通過主應(yīng)力圖、等效應(yīng)力圖清楚的觀察到運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力位置。圖3為尾部主應(yīng)力圖和等效應(yīng)力圖。

對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力云圖分析，我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)載器在靜水荷載作用下，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的前端處的應(yīng)力較大，屬于強(qiáng)度易破壞處。因此，導(dǎo)彈在發(fā)射時(shí)，運(yùn)載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發(fā)生強(qiáng)度破壞，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意強(qiáng)度安全。

3 小結(jié)

本文通過ANSYS軟件，對(duì)運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果表明，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大受力位置發(fā)生在運(yùn)載器尾錐部分的前段。對(duì)于整個(gè)運(yùn)載器結(jié)構(gòu)體來說，中、尾段處為應(yīng)力比較大的位置，容易發(fā)生強(qiáng)度破壞。這為運(yùn)載器的動(dòng)態(tài)分析提供了必要的理論比較數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發(fā)射系統(tǒng).艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導(dǎo)彈運(yùn)載器現(xiàn)狀和發(fā)展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導(dǎo)彈及其發(fā)射裝置的改進(jìn).艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例教程.北京，電子工業(yè)出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用.北京，科學(xué)出版社，2008：201-222.endprint

摘 要：隨著潛艇在軍事領(lǐng)域地位的提高，潛射發(fā)射技術(shù)備受各個(gè)國家的重視。本文以某X型潛艦運(yùn)載器尾段為研究對(duì)象，運(yùn)用ANSYS軟件分析其在發(fā)射管內(nèi)受靜荷載時(shí)，其各個(gè)部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強(qiáng)度分析。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載器；ANSYS；荷載；強(qiáng)度分析

0 引言

潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器是潛射反艦、反潛、對(duì)空導(dǎo)彈經(jīng)歷發(fā)射裝置發(fā)射、水中航行直到出水的運(yùn)載工具，同時(shí)對(duì)導(dǎo)彈在貯存、運(yùn)輸、裝填、發(fā)射過程中兼有保護(hù)箱的作用。因此運(yùn)載器不僅是一個(gè)獨(dú)立水中航行器，而且還是導(dǎo)彈的保護(hù)箱和"發(fā)射平臺(tái)"。運(yùn)載器分為無動(dòng)力和有動(dòng)力兩種。本文以潛射導(dǎo)彈的無動(dòng)力水下運(yùn)載器為研究對(duì)象，它是一個(gè)具有正浮力的浮力體，不設(shè)置水下推進(jìn)裝置。由正浮力和發(fā)射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設(shè)置姿態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由良好的流體動(dòng)力布局和合理的動(dòng)、靜力構(gòu)型使之具有良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，從而滿足導(dǎo)彈對(duì)出水姿態(tài)的要求。

潛射導(dǎo)彈的運(yùn)載器是存在于水下的發(fā)射管內(nèi)，因此水將會(huì)對(duì)運(yùn)載器產(chǎn)生靜載壓力，過大的靜載壓力將會(huì)使運(yùn)載器產(chǎn)生強(qiáng)度破壞。本文以運(yùn)載器尾部為研究對(duì)象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運(yùn)載器尾部易破壞位置。

1 運(yùn)載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，是武器輕量化首選的輕質(zhì)，高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料。作為導(dǎo)彈的運(yùn)載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運(yùn)載器為一個(gè)和導(dǎo)彈外形相似的細(xì)長圓柱體。結(jié)構(gòu)全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運(yùn)載器厚度為0.007m。結(jié)構(gòu)為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結(jié)構(gòu)圖如圖1。

為利用有限元法軟件對(duì)運(yùn)載器進(jìn)行強(qiáng)度分析，需對(duì)運(yùn)載器的實(shí)體模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐帧１疚臄M采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變能力。圖2為運(yùn)載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器的發(fā)射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內(nèi)完成發(fā)射。在實(shí)際發(fā)射過程時(shí)，常常出現(xiàn)由于材料強(qiáng)度不足，在運(yùn)載器尾部出現(xiàn)大量裂縫，給導(dǎo)彈發(fā)射造成較大安全隱患。為保證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性，需要尋找出在運(yùn)載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結(jié)構(gòu)的易破壞位置，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。

在ANSYS計(jì)算的后處理時(shí)，沿三個(gè)坐標(biāo)方向的應(yīng)力、位移在不同坐標(biāo)系下其結(jié)果是不同的。而主應(yīng)力、等效應(yīng)力不隨坐標(biāo)系的改變而改變，因此可通過主應(yīng)力圖、等效應(yīng)力圖清楚的觀察到運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力位置。圖3為尾部主應(yīng)力圖和等效應(yīng)力圖。

對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力云圖分析，我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)載器在靜水荷載作用下，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的前端處的應(yīng)力較大，屬于強(qiáng)度易破壞處。因此，導(dǎo)彈在發(fā)射時(shí)，運(yùn)載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發(fā)生強(qiáng)度破壞，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意強(qiáng)度安全。

3 小結(jié)

本文通過ANSYS軟件，對(duì)運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果表明，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大受力位置發(fā)生在運(yùn)載器尾錐部分的前段。對(duì)于整個(gè)運(yùn)載器結(jié)構(gòu)體來說，中、尾段處為應(yīng)力比較大的位置，容易發(fā)生強(qiáng)度破壞。這為運(yùn)載器的動(dòng)態(tài)分析提供了必要的理論比較數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發(fā)射系統(tǒng).艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導(dǎo)彈運(yùn)載器現(xiàn)狀和發(fā)展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導(dǎo)彈及其發(fā)射裝置的改進(jìn).艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例教程.北京，電子工業(yè)出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用.北京，科學(xué)出版社，2008：201-222.endprint

摘 要：隨著潛艇在軍事領(lǐng)域地位的提高，潛射發(fā)射技術(shù)備受各個(gè)國家的重視。本文以某X型潛艦運(yùn)載器尾段為研究對(duì)象，運(yùn)用ANSYS軟件分析其在發(fā)射管內(nèi)受靜荷載時(shí)，其各個(gè)部位的受力情況，尋找易破壞位置，即強(qiáng)度分析。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載器；ANSYS；荷載；強(qiáng)度分析

0 引言

潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器是潛射反艦、反潛、對(duì)空導(dǎo)彈經(jīng)歷發(fā)射裝置發(fā)射、水中航行直到出水的運(yùn)載工具，同時(shí)對(duì)導(dǎo)彈在貯存、運(yùn)輸、裝填、發(fā)射過程中兼有保護(hù)箱的作用。因此運(yùn)載器不僅是一個(gè)獨(dú)立水中航行器，而且還是導(dǎo)彈的保護(hù)箱和"發(fā)射平臺(tái)"。運(yùn)載器分為無動(dòng)力和有動(dòng)力兩種。本文以潛射導(dǎo)彈的無動(dòng)力水下運(yùn)載器為研究對(duì)象，它是一個(gè)具有正浮力的浮力體，不設(shè)置水下推進(jìn)裝置。由正浮力和發(fā)射裝置提供能量，由水平舵提供抬頭轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不設(shè)置姿態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，由良好的流體動(dòng)力布局和合理的動(dòng)、靜力構(gòu)型使之具有良好的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，從而滿足導(dǎo)彈對(duì)出水姿態(tài)的要求。

潛射導(dǎo)彈的運(yùn)載器是存在于水下的發(fā)射管內(nèi)，因此水將會(huì)對(duì)運(yùn)載器產(chǎn)生靜載壓力，過大的靜載壓力將會(huì)使運(yùn)載器產(chǎn)生強(qiáng)度破壞。本文以運(yùn)載器尾部為研究對(duì)象，分析其在靜載作用下的最大受力值和受力位置，從而確定運(yùn)載器尾部易破壞位置。

1 運(yùn)載器的有限元模型

由于鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，是武器輕量化首選的輕質(zhì)，高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料。作為導(dǎo)彈的運(yùn)載器，大多也是采用鋁鋰合金材料。本文研究的運(yùn)載器為一個(gè)和導(dǎo)彈外形相似的細(xì)長圓柱體。結(jié)構(gòu)全長6.5m，圓柱部分直徑0.533m，運(yùn)載器厚度為0.007m。結(jié)構(gòu)為鋁鋰合金材料，密度為ρ=2640kg/m ，彈性模量為E=68.6 GPa，柏松比為μ=0.3。其外形尺寸結(jié)構(gòu)圖如圖1。

為利用有限元法軟件對(duì)運(yùn)載器進(jìn)行強(qiáng)度分析，需對(duì)運(yùn)載器的實(shí)體模型進(jìn)行單元?jiǎng)澐?。本文擬采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元（solid45），該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變能力。圖2為運(yùn)載器的有限元模型。

2 ANSYS模擬靜載分析

X型潛艦導(dǎo)彈運(yùn)載器的發(fā)射是由魚雷管在其尾部注入0.75Mpa的高壓水，在0.45s內(nèi)完成發(fā)射。在實(shí)際發(fā)射過程時(shí)，常常出現(xiàn)由于材料強(qiáng)度不足，在運(yùn)載器尾部出現(xiàn)大量裂縫，給導(dǎo)彈發(fā)射造成較大安全隱患。為保證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性，需要尋找出在運(yùn)載器中、尾段外壁處施加0.75Mpa的靜水壓力，尾部結(jié)構(gòu)的易破壞位置，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)。

在ANSYS計(jì)算的后處理時(shí)，沿三個(gè)坐標(biāo)方向的應(yīng)力、位移在不同坐標(biāo)系下其結(jié)果是不同的。而主應(yīng)力、等效應(yīng)力不隨坐標(biāo)系的改變而改變，因此可通過主應(yīng)力圖、等效應(yīng)力圖清楚的觀察到運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力位置。圖3為尾部主應(yīng)力圖和等效應(yīng)力圖。

對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力云圖分析，我們可以發(fā)現(xiàn)：運(yùn)載器在靜水荷載作用下，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的前端處的應(yīng)力較大，屬于強(qiáng)度易破壞處。因此，導(dǎo)彈在發(fā)射時(shí)，運(yùn)載器的尾錐處在靜水荷載作用下易發(fā)生強(qiáng)度破壞，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意強(qiáng)度安全。

3 小結(jié)

本文通過ANSYS軟件，對(duì)運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)在0.75Mpa的靜水荷載作用下，進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果表明，運(yùn)載器尾部結(jié)構(gòu)的最大受力位置發(fā)生在運(yùn)載器尾錐部分的前段。對(duì)于整個(gè)運(yùn)載器結(jié)構(gòu)體來說，中、尾段處為應(yīng)力比較大的位置，容易發(fā)生強(qiáng)度破壞。這為運(yùn)載器的動(dòng)態(tài)分析提供了必要的理論比較數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫明芳，陳拯民.水下發(fā)射系統(tǒng).艦載武器，1998，4.

[2] 白建成.潛射導(dǎo)彈運(yùn)載器現(xiàn)狀和發(fā)展研究.艦船論證參考，2000，3.

[3] 林一平.美國反艦導(dǎo)彈及其發(fā)射裝置的改進(jìn).艦載武器，1999，2.

[4] 張方瑞，李炳泉，于鷹宇.ANSYS8.0應(yīng)用基礎(chǔ)與實(shí)例教程.北京，電子工業(yè)出版社，2006：192-195.

[5] 王新榮，陳永波等.有限元法基礎(chǔ)及ANSYS應(yīng)用.北京，科學(xué)出版社，2008：201-222.endprint