某型机载储液器极限压力试验研究及优化设计

郭徽 仇振安 刘建平

摘 要：本文以某型储液器为对象，进行极限压力试验研究，对储液器进行剖切分析发现产品设计中的缺陷，并进行相应的优化设计。优化后的产品满足7.5MPa的极限压力试验要求，保证了产品的研制进度。

关键词：储液器；极限压力；优化设计

中图分类号：TB65 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）03-0072-02

Abstract： Based on a certain type of reservoir， this paper carried out experimental study of the ultimate perssure. By cutting the reservoir， the defect in product design was found， and the corresponding optimal design was carried out. The optimized product meet the 7.5MPa limit pressure test requirements， to ensure the product development schedule.

Keywords： reservoir；extreme pressure；optimization design

儲液器是某型机蒸发循环制冷装置的配套产品。其功能是储存蒸发循环制冷装置内工作状态的多余制冷剂，并连续供输液态制冷剂[1]。储液器的结构如图1所示。

储液器初始极限压力设计指标为4.5MPa，考虑到机上可能出现的特殊环境，系统需求将储液器极限压力由4.5MPa提高为7.5MPa[2]。因此，需要对储液器极限压力进行试验研究，确认其是否满足系统需求。

1 储液器极限压力试验研究

1.1 极限压力试验情况

抽取3套储液器产品（编号：001、002、003）进行极限压力试验，试验方法如下：①先缓慢升压至6.0+0.2MPa，保压5min，观察产品有无变形及泄漏，并记录，若产品无泄漏，则继续进行试验；②继续增压，每次增加0.2MPa，保压2min，观察产品有无变形及泄漏，并记录，若产品无泄漏，则继续进行试验直到压力值达到7.5+0.2MPa，保压2min，产品允许变形，但不允许泄漏；③试验后检查产品气密性[3]。

三套产品的试验结果如表1所示。产品无法满足极限压力7.5MPa的要求，需要对储液器结构进行优化设计。

1.2 原因分析

选取编号为003的储液器进行分析，经观察泄漏处位于封盖与出口管焊缝处，泄漏处可见一条裂纹，裂纹长度约2mm，如图2所示。

将封盖与出口管焊缝进行垂向剖切，可看到焊缝实际焊接状态如图2所示。根据HB/Z119-2011《铝及铝合金熔焊工艺及质量检验》的要求，母材厚度大于3mm时熔深不小于10%，通过观察，焊接质量达到标准要求。

焊缝采用氩弧焊角焊缝连接，随着压力逐渐增大，封盖与壳体产生塑性变形，内侧根部向内凹陷，母材之间形成夹角，焊缝背部形成应力集中区域。当产品内部压力达到一定值时，应力集中到一定程度导致焊缝撕裂。

2 储液器优化设计

2.1 优化设计方案

根据上述的原因分析，需要对储液器的焊缝进行优化改进。优化方案如下：出口管与封盖连接处焊缝向外移动，由角焊缝改为对接焊缝，保证出口管与封盖100%焊合，如图3所示。

2.2 仿真分析

为验证上述改进方案是否有效，以封盖与出口管焊接部位作为重点关注对象，分别建立角焊缝模型与焊缝外移对接焊缝模型以作对比。储液器产品各个零件的材料及相关属性见表2。优化前后2种方案的应力结果见图4、5。

通过观察2种方案应力结果图可以看出，原结构在6.0MPa下红色截面厚度已占总厚度的1/2，而结构优化后封盖与出口管、壳体与底座焊缝连接处红色截面厚度约占总厚度的1/5，不超出截面厚度的1/3，满足3A21材料拉伸强度80%的强度要求。因此，从仿真分析结果来看，优化方案可以满足产品7.5MPa极限压力要求。

2.3 试验验证

根据优化设计方案对储液器进行改进，并对改进后首件进行极限压力试验，先加压至6.0MPa并保压5min后，产品出现塑性变形但无泄漏，然后继续增压，每次增压0.2MPa并保压2min，增压至7.7MPa并保压2min后，产品的塑性变形加大但无泄漏现象。可以认定优化后产品满足7.5MPa的极限压力试验要求，该优化方案切实可行。

3 结论

通过对某型机载储液器进行极限压力试验研究，发现焊缝是影响储液器极限压力的重要因素，并有针对地进行了相应的优化设计，通过仿真分析与试验相结合的方式验证了优化措施的有效性，满足了系统的新需求。

参考文献：

[1]李兵，何正嘉，陈雪峰.ANSYS Workbench设计、仿真与优化[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]《中国航空材料手册》委员会.中国航空材料手册[M].北京：中国标准出版社，2001.

[3]机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.