焊接制造缺陷对运载火箭贮箱承载力影响的研究

摘要

本文以2219铝合金大型运载火箭贮箱为研究对象,针对其焊后整箱液压强度测试过程中出现低压破坏的问题,从焊接角变形、错边、焊缝形状缺陷以及焊后接头软化、叉形环结构性应力集中等方面出发,论述了焊接制造缺陷对贮箱承载力的影响。
　　引入Neuber公式,依据极限塑性应变准则对贮箱进行承载力计算。首先,通过微小力学试验得到接头微区的力学性能;其次,应用有限元法得到线弹性状态下不同结构模型接头焊趾处的应力集中系数;然后,根据Neuber公式对贮箱液压过程中能够承受的内压力进行估算;最后,将微区力学性能代入有限元模型进行弹塑性计算,验证诺伯公式计算贮箱承载力的精度。
　　对比发现,在承载力预测中,接头局部的力学性能以及几何缺陷引起的应力集中情况都会严重影响结构的承载力,使得承载力下降50％左右。可能存在的极端危险条件下的应力集中系数可以达到5.156,同时考虑补焊使得接头微区力学性能改变,由Neuber公式估算得到的贮箱极限承载力仅有0.57MPa,但是由于没有考虑焊接残余应力的影响,所得到的结果比较保守。
　　经过研究认识到,对贮箱承载力的评估,不能只关注结构材料的强度因素,还要关注微区的塑性,故而本文提出极限塑性应变准则,避免由于局部塑性耗尽而使结构整体发生破坏。

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第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2运载火箭及其贮箱简介

1.3焊接制造缺陷

1.4焊接结构承载力的评估

1.5本课题的主要研究内容

第二章试验设备及方法

2.1接头形貌及硬度测试

2.2接头微区力学性能试验

2.3角变形接头拉伸试验

2.4本章小结

第三章各因素对封箱环缝焊趾处应力集中的影响

3.1叉形环结构性应力集中

3.2焊缝余高参数对焊趾处应力集中的影响

3.3角变形对焊趾处应力集中的影响

3.4错边对焊趾处应力集中的影响

3.5各因素的综合作用

3.6焊缝所在位置对焊趾处应力集中的影响

3.7本章小结

第四章贮箱承载力计算的综合分析

4.1无焊缝贮箱模型承载力计算

4.2无几何缺陷有软化的贮箱模型承载力计算

4.3有焊缝的贮箱模型承载力计算

4.4存在补焊的贮箱模型承载力计算

4.5诺伯原理估算精度的验证

4.6本章小结

结论与展望第五章

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢