彈體尾噴管密封結(jié)構(gòu)有限元分析

阮啟超

摘 要：尾噴管密封結(jié)構(gòu)提升了導(dǎo)彈彈體對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力，使導(dǎo)彈發(fā)揮良好的性能。O型橡膠圈密封具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天等工程機(jī)械領(lǐng)域。本文通過(guò)有限元分析，研究尾噴管密封結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)和受力情況，分析結(jié)果為開(kāi)展尾噴管密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈;尾噴管;橡膠密封;有限元分析

0 引言

導(dǎo)彈彈體主要功能是為導(dǎo)彈飛行提供良好的氣動(dòng)性能，連接各彈上設(shè)備，使之成為一個(gè)有機(jī)的整體，提供飛行控制力，并且承擔(dān)各種載荷并為他們提供必要的工作環(huán)境。由于導(dǎo)彈的使用環(huán)境往往很復(fù)雜，為保證設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，有時(shí)候需要采用密封等措施[1]。O型橡膠圈密封結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、體積小和成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、輪船等工程機(jī)械設(shè)計(jì)中[2-3]。

1 密封結(jié)構(gòu)

彈體尾噴管密封結(jié)構(gòu)主要由尾噴管、橡膠密封圈、支架等組成。尾噴管和支座的材料均為鋼，密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 有限元計(jì)算模型

有限元計(jì)算模型使用ABAQUS軟件創(chuàng)建，有限元計(jì)算模型采用軸對(duì)稱(chēng)模型。支架和噴管為鋼結(jié)構(gòu)，計(jì)算主要考察尾噴管的變形和受載荷情況，為了降低成本、提高計(jì)算效率，計(jì)算模型將支架和尾噴管設(shè)置為剛體，計(jì)算模型如圖2所示。支架采用固定約束，尾噴管施加位移約束，模擬尾噴管安裝過(guò)程O(píng)型圈的變形和應(yīng)力情況。O型圈采用Ogden模型，材料參數(shù)如表1所示。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

橡膠圈的變形主要集中在與尾噴管接觸的區(qū)域，最大變形為0.60mm，此時(shí)結(jié)構(gòu)變形情況如圖3所示。從圖3（C）和圖3（D）可以看出，O型圈在支架邊緣處有明顯擠壓，支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行倒圓，防止尖銳的邊角對(duì)O型圈造成損傷，影響密封性能的同時(shí)會(huì)加速其老化、縮短使用壽命。

橡膠圈的受力情況如圖5所示。隨著尾噴管擠壓而發(fā)生變形，最大VonMises應(yīng)力為1.12MPa。從時(shí)間-應(yīng)力曲線可以看到橡膠材料受載時(shí)的典型“S”型非線性變化特點(diǎn)。由于接觸壓力為1.67MPa，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以滿足不大于1.67MPa的工作介質(zhì)的靜密封需求。

尾噴管受到橡膠圈的反力情況如圖5所示。從圖中可以看出，尾噴管最大載荷為2.4N。尾噴管所受載荷不大，在滿足密封的要求情況下拆裝較為方便。

4 結(jié)論

本文分析了彈體尾噴管密封結(jié)構(gòu)的變形和受力特點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)O型圈的最大應(yīng)力為1.12Mpa，密封結(jié)構(gòu)可以滿足不大于1.67MPa工作介質(zhì)的靜密封需求。尾噴管受力較小，可以較方便的拆裝。O型圈的安裝支架需要做倒圓處理，防止尖銳邊緣損壞密封圈，影響密封性能、減少使用壽命。

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