超弹性橡胶膜片疲劳寿命及可靠性分析

摘要

为了提高液体火箭发动机阀门可重复使用性,以某液体火箭发动机球阀气动执行机构的超弹性橡胶膜片为对象,提出了一种超弹性橡胶膜片疲劳寿命及可靠性分析方法。首先针对阀门气动执行机构进行非线性有限元分析,获得超弹性橡胶膜片应力场。其次基于超弹性橡胶连续损伤理论,对超弹性橡胶膜片的疲劳寿命进行计算。之后在中心复合试验设计(Central Composite Experimental Design,CCD)基础上建立了膜片疲劳寿命响应面代理模型,研究了结构尺寸、材料属性和工作载荷对寿命的影响规律。最后结合蒙特卡洛法(Monte-carlo)和可靠性理论进行了超弹性橡胶膜片的可靠性计算。计算结果表明,方法可以针对超弹性橡胶膜片的疲劳寿命及可靠性问题进行准确计算。研究发现疲劳寿命随下腔圆角和工作气压的增大而增大,材料属性能够在一定范围内影响其疲劳寿命值,膜厚度的变化对膜片疲劳寿命影响程度较小。可以通过增大下腔圆角和控制工作气压波动来提高其疲劳寿命及提升可靠性。