[发明专利]金属隔膜锥段翻转失稳评定方法和系统

说明书

本发明提供了一种金属隔膜锥段翻转失稳评定方法和系统，包括：获取待评定金属隔膜的几何尺寸和材料性能参数；建立锥壳塑性失稳压力表达式；构建材料相关的金属隔膜锥段翻转失稳评定图及评定曲线；确定待评定金属隔膜的锥段最大翻转压力P_rmax0；确定待评定金属隔膜在锥段最大翻转压力时所对应的等效锥壳塑性失稳压力P_pb0；绘制评定点(P_pb0,P_rmax0)于评定图中；进行金属隔膜锥段翻转失稳评定。本发明的评定方法可实现金属隔膜设计方案阶段的锥段翻转失稳预测，同时可指导隔膜结构优化设计。

技术领域

本发明涉及金属隔膜翻转失稳评定技术领域，具体地，涉及一种金属隔膜锥段翻转失稳评定方法和系统。

背景技术

金属隔膜式贮箱作为适于空间工作的液体推进剂管理装置重要类型之一，具有结构简单、流量可调范围大和质心稳定等特点，被广泛应用于飞船、武器、卫星等飞行器领域。

专利文献CN109033514A(申请号：CN201810626314.0)公开了一种平面管束流体弹性失稳评定方法包括模态分析和Connors公式计算两部分。模态分析部分负责计算换热管的固有频率和对应的振型；Connors公式计算则根据模态分析结果计算不同模态下的等效流速和临界流速。

在金属隔膜式贮箱中，推进剂的供给通过金属隔膜的规则翻转实现。因此，金属隔膜的翻转行为对金属隔膜式贮箱的工作性能是十分重要的。金属隔膜的翻转行为受到隔膜几何尺寸和材料性能的综合影响。当材料性能确定后，不理想的几何尺寸会导致隔膜翻转过程中出现锥段径向失稳，进而影响隔膜的排放效率和疲劳寿命等性能，典型的金属隔膜锥段径向失稳形貌如图1所示。因此，需要提出一种隔膜锥段翻转失稳评定方法，在设计阶段对所设计隔膜锥段的翻转失稳进行预测，并基于预测结果进行结构优化改进。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种金属隔膜锥段翻转失稳评定方法和系统。

根据本发明提供的金属隔膜锥段翻转失稳评定方法，包括：

步骤1：获取待评定金属隔膜的几何尺寸和材料性能参数；

步骤2：基于几何尺寸和材料性能参数，建立锥壳塑性失稳压力表达式；

步骤3：基于锥壳塑性失稳压力表达式，构建材料相关的金属隔膜锥段翻转失稳评定图及评定曲线；

步骤4：确定待评定金属隔膜的锥段最大翻转压力P_rmax0；

步骤5：确定待评定金属隔膜在锥段最大翻转压力时所对应的等效锥壳塑性失稳压力P_pb0；

步骤6：在评定图中绘制评定点(P_pb0,P_rmax0)；

步骤7：进行金属隔膜锥段翻转失稳评定，当评定点位于失稳评定曲线右下方区域内时，表明隔膜锥段在翻转过程中不会发生径向失稳；当评定点位于失稳评定曲线左上方区域内时，表明隔膜锥段在翻转过程中会发生径向失稳。

优选的，所述几何尺寸包括：预弯边半径R、锥段长度L、锥段锥角α、过渡圆半径R_t、球冠半径R_c、隔膜直径D、隔膜高度H、隔膜壁厚t；

所述材料性能参数包括：弹性模量E、泊松比ν、和真应力应变曲线；

所述弹性模量E和泊松比ν由原材料试样测量获取，所述真应力应变曲线由实际隔膜直接取样测量获取。

优选的，所述步骤2包括：

步骤2.1：根据材料真应力应变关系表达式推导出切向模量E_t表达式；