某型运载器发射管内静载强度分析
2014-11-17潘兵远林莉芸
潘兵远+林莉芸
摘 要：随着潜艇在军事领域地位的提高，潜射发射技术备受各个国家的重视。本文以某X型潜舰运载器尾段为研究对象，运用ANSYS软件分析其在发射管内受静荷载时，其各个部位的受力情况，寻找易破坏位置，即强度分析。
关键词：运载器；ANSYS；荷载；强度分析
0 引言
潜舰导弹运载器是潜射反舰、反潜、对空导弹经历发射装置发射、水中航行直到出水的运载工具，同时对导弹在贮存、运输、装填、发射过程中兼有保护箱的作用。因此运载器不仅是一个独立水中航行器，而且还是导弹的保护箱和"发射平台"。运载器分为无动力和有动力两种。本文以潜射导弹的无动力水下运载器为研究对象，它是一个具有正浮力的浮力体，不设置水下推进装置。由正浮力和发射装置提供能量，由水平舵提供抬头转动力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不设置姿态稳定控制系统，由良好的流体动力布局和合理的动、静力构型使之具有良好的运动稳定性，从而满足导弹对出水姿态的要求。
潜射导弹的运载器是存在于水下的发射管内，因此水将会对运载器产生静载压力，过大的静载压力将会使运载器产生强度破坏。本文以运载器尾部为研究对象，分析其在静载作用下的最大受力值和受力位置，从而确定运载器尾部易破坏位置。
1 运载器的有限元模型
由于铝锂合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，是武器轻量化首选的轻质，高强的结构材料。作为导弹的运载器，大多也是采用铝锂合金材料。本文研究的运载器为一个和导弹外形相似的细长圆柱体。结构全长6.5m，圆柱部分直径0.533m，运载器厚度为0.007m。结构为铝锂合金材料，密度为ρ=2640kg/m ，弹性模量为E=68.6 GPa，柏松比为μ=0.3。其外形尺寸结构图如图1。
为利用有限元法软件对运载器进行强度分析，需对运载器的实体模型进行单元划分。本文拟采用8节点实体单元（solid45），该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。图2为运载器的有限元模型。
2 ANSYS模拟静载分析
X型潜舰导弹运载器的发射是由鱼雷管在其尾部注入0.75Mpa的高压水，在0.45s内完成发射。在实际发射过程时，常常出现由于材料强度不足，在运载器尾部出现大量裂缝，给导弹发射造成较大安全隐患。为保证所设计结构具有足够的安全性，需要寻找出在运载器中、尾段外壁处施加0.75Mpa的静水压力，尾部结构的易破坏位置，以便进行结构的安全设计。
在ANSYS计算的后处理时，沿三个坐标方向的应力、位移在不同坐标系下其结果是不同的。而主应力、等效应力不随坐标系的改变而改变，因此可通过主应力图、等效应力图清楚的观察到运载器尾部结构的最大应力位置。图3为尾部主应力图和等效应力图。
对有限元计算结果的应力云图分析，我们可以发现：运载器在静水荷载作用下，运载器尾部结构的前端处的应力较大，属于强度易破坏处。因此，导弹在发射时，运载器的尾锥处在静水荷载作用下易发生强度破坏，在设计时应注意强度安全。
3 小结
本文通过ANSYS软件，对运载器尾部结构在0.75Mpa的静水荷载作用下，进行了模拟计算。模拟计算结果表明，运载器尾部结构的最大受力位置发生在运载器尾锥部分的前段。对于整个运载器结构体来说，中、尾段处为应力比较大的位置，容易发生强度破坏。这为运载器的动态分析提供了必要的理论比较数据。
参考文献：
[1] 孙明芳，陈拯民.水下发射系统.舰载武器，1998，4.
[2] 白建成.潜射导弹运载器现状和发展研究.舰船论证参考，2000，3.
[3] 林一平.美国反舰导弹及其发射装置的改进.舰载武器，1999，2.
[4] 张方瑞，李炳泉，于鹰宇.ANSYS8.0应用基础与实例教程.北京，电子工业出版社，2006：192-195.
[5] 王新荣，陈永波等.有限元法基础及ANSYS应用.北京，科学出版社，2008：201-222.endprint
摘 要：随着潜艇在军事领域地位的提高，潜射发射技术备受各个国家的重视。本文以某X型潜舰运载器尾段为研究对象，运用ANSYS软件分析其在发射管内受静荷载时，其各个部位的受力情况，寻找易破坏位置，即强度分析。
关键词：运载器；ANSYS；荷载；强度分析
0 引言
潜舰导弹运载器是潜射反舰、反潜、对空导弹经历发射装置发射、水中航行直到出水的运载工具，同时对导弹在贮存、运输、装填、发射过程中兼有保护箱的作用。因此运载器不仅是一个独立水中航行器，而且还是导弹的保护箱和"发射平台"。运载器分为无动力和有动力两种。本文以潜射导弹的无动力水下运载器为研究对象，它是一个具有正浮力的浮力体，不设置水下推进装置。由正浮力和发射装置提供能量，由水平舵提供抬头转动力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不设置姿态稳定控制系统，由良好的流体动力布局和合理的动、静力构型使之具有良好的运动稳定性，从而满足导弹对出水姿态的要求。
潜射导弹的运载器是存在于水下的发射管内，因此水将会对运载器产生静载压力，过大的静载压力将会使运载器产生强度破坏。本文以运载器尾部为研究对象，分析其在静载作用下的最大受力值和受力位置，从而确定运载器尾部易破坏位置。
1 运载器的有限元模型
由于铝锂合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，是武器轻量化首选的轻质，高强的结构材料。作为导弹的运载器，大多也是采用铝锂合金材料。本文研究的运载器为一个和导弹外形相似的细长圆柱体。结构全长6.5m，圆柱部分直径0.533m，运载器厚度为0.007m。结构为铝锂合金材料，密度为ρ=2640kg/m ，弹性模量为E=68.6 GPa，柏松比为μ=0.3。其外形尺寸结构图如图1。
为利用有限元法软件对运载器进行强度分析，需对运载器的实体模型进行单元划分。本文拟采用8节点实体单元（solid45），该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。图2为运载器的有限元模型。
2 ANSYS模拟静载分析
X型潜舰导弹运载器的发射是由鱼雷管在其尾部注入0.75Mpa的高压水，在0.45s内完成发射。在实际发射过程时，常常出现由于材料强度不足，在运载器尾部出现大量裂缝，给导弹发射造成较大安全隐患。为保证所设计结构具有足够的安全性，需要寻找出在运载器中、尾段外壁处施加0.75Mpa的静水压力，尾部结构的易破坏位置，以便进行结构的安全设计。
在ANSYS计算的后处理时，沿三个坐标方向的应力、位移在不同坐标系下其结果是不同的。而主应力、等效应力不随坐标系的改变而改变，因此可通过主应力图、等效应力图清楚的观察到运载器尾部结构的最大应力位置。图3为尾部主应力图和等效应力图。
对有限元计算结果的应力云图分析，我们可以发现：运载器在静水荷载作用下，运载器尾部结构的前端处的应力较大，属于强度易破坏处。因此，导弹在发射时，运载器的尾锥处在静水荷载作用下易发生强度破坏，在设计时应注意强度安全。
3 小结
本文通过ANSYS软件，对运载器尾部结构在0.75Mpa的静水荷载作用下，进行了模拟计算。模拟计算结果表明，运载器尾部结构的最大受力位置发生在运载器尾锥部分的前段。对于整个运载器结构体来说，中、尾段处为应力比较大的位置，容易发生强度破坏。这为运载器的动态分析提供了必要的理论比较数据。
参考文献：
[1] 孙明芳，陈拯民.水下发射系统.舰载武器，1998，4.
[2] 白建成.潜射导弹运载器现状和发展研究.舰船论证参考，2000，3.
[3] 林一平.美国反舰导弹及其发射装置的改进.舰载武器，1999，2.
[4] 张方瑞，李炳泉，于鹰宇.ANSYS8.0应用基础与实例教程.北京，电子工业出版社，2006：192-195.
[5] 王新荣，陈永波等.有限元法基础及ANSYS应用.北京，科学出版社，2008：201-222.endprint
摘 要：随着潜艇在军事领域地位的提高，潜射发射技术备受各个国家的重视。本文以某X型潜舰运载器尾段为研究对象，运用ANSYS软件分析其在发射管内受静荷载时，其各个部位的受力情况，寻找易破坏位置，即强度分析。
关键词：运载器；ANSYS；荷载；强度分析
0 引言
潜舰导弹运载器是潜射反舰、反潜、对空导弹经历发射装置发射、水中航行直到出水的运载工具，同时对导弹在贮存、运输、装填、发射过程中兼有保护箱的作用。因此运载器不仅是一个独立水中航行器，而且还是导弹的保护箱和"发射平台"。运载器分为无动力和有动力两种。本文以潜射导弹的无动力水下运载器为研究对象，它是一个具有正浮力的浮力体，不设置水下推进装置。由正浮力和发射装置提供能量，由水平舵提供抬头转动力矩，使之爬升到水面，并具有一定的出水速度。其一般不设置姿态稳定控制系统，由良好的流体动力布局和合理的动、静力构型使之具有良好的运动稳定性，从而满足导弹对出水姿态的要求。
潜射导弹的运载器是存在于水下的发射管内，因此水将会对运载器产生静载压力，过大的静载压力将会使运载器产生强度破坏。本文以运载器尾部为研究对象，分析其在静载作用下的最大受力值和受力位置，从而确定运载器尾部易破坏位置。
1 运载器的有限元模型
由于铝锂合金具有密度低、强度高、加工性能好等特点，是武器轻量化首选的轻质，高强的结构材料。作为导弹的运载器，大多也是采用铝锂合金材料。本文研究的运载器为一个和导弹外形相似的细长圆柱体。结构全长6.5m，圆柱部分直径0.533m，运载器厚度为0.007m。结构为铝锂合金材料，密度为ρ=2640kg/m ，弹性模量为E=68.6 GPa，柏松比为μ=0.3。其外形尺寸结构图如图1。
为利用有限元法软件对运载器进行强度分析，需对运载器的实体模型进行单元划分。本文拟采用8节点实体单元（solid45），该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。图2为运载器的有限元模型。
2 ANSYS模拟静载分析
X型潜舰导弹运载器的发射是由鱼雷管在其尾部注入0.75Mpa的高压水，在0.45s内完成发射。在实际发射过程时，常常出现由于材料强度不足，在运载器尾部出现大量裂缝，给导弹发射造成较大安全隐患。为保证所设计结构具有足够的安全性，需要寻找出在运载器中、尾段外壁处施加0.75Mpa的静水压力，尾部结构的易破坏位置，以便进行结构的安全设计。
在ANSYS计算的后处理时，沿三个坐标方向的应力、位移在不同坐标系下其结果是不同的。而主应力、等效应力不随坐标系的改变而改变，因此可通过主应力图、等效应力图清楚的观察到运载器尾部结构的最大应力位置。图3为尾部主应力图和等效应力图。
对有限元计算结果的应力云图分析，我们可以发现：运载器在静水荷载作用下，运载器尾部结构的前端处的应力较大，属于强度易破坏处。因此，导弹在发射时，运载器的尾锥处在静水荷载作用下易发生强度破坏，在设计时应注意强度安全。
3 小结
本文通过ANSYS软件，对运载器尾部结构在0.75Mpa的静水荷载作用下，进行了模拟计算。模拟计算结果表明，运载器尾部结构的最大受力位置发生在运载器尾锥部分的前段。对于整个运载器结构体来说，中、尾段处为应力比较大的位置，容易发生强度破坏。这为运载器的动态分析提供了必要的理论比较数据。
参考文献：
[1] 孙明芳，陈拯民.水下发射系统.舰载武器，1998，4.
[2] 白建成.潜射导弹运载器现状和发展研究.舰船论证参考，2000，3.
[3] 林一平.美国反舰导弹及其发射装置的改进.舰载武器，1999，2.
[4] 张方瑞，李炳泉，于鹰宇.ANSYS8.0应用基础与实例教程.北京，电子工业出版社，2006：192-195.
[5] 王新荣，陈永波等.有限元法基础及ANSYS应用.北京，科学出版社，2008：201-222.endprint
