R-L-强度计算器V20_2.xlsx642.03KBXLSX210次下载

创建此软件前提以及背景环境，大部分爱好者不懂得怎么去进行一个较为准确的强度计算大部分都是局限于拍脑袋大概计算。又或者是说现有软件具有局限性许多计算未包含。对于很多部分设计并不会懂得怎么检验以及设计对于许多出现的情况不明白是因为什么导致的。因此北域业余火箭爱好者俱乐部与铼铱工业业余火箭团队共同开发此软件。

1，计算器的基本介绍。

2，基本设计流程使用。

3，螺丝孔距离壳体边缘距离影响以及形成原因。

4，综述。

一计算器的基本介绍

1.1

V20_2基础功能。

1，压力载荷计算。

2，常见螺栓最小公称直径尺寸查看。

3，轴向螺栓计算有预紧力|静载荷|计算。

4，径向螺栓计算无预紧力|静载荷|计算。

5，薄圆形压力容器壁厚计算。

6，径向螺栓壳体简单计算。

1.2

主要计算公式F=P*S根据所受载荷压力方向输入此面积来得到计算可。自定义输入面积或者是计算圆形面积。

1.3

表格当中内置了一些基本常用尺寸的数据方便直接查询最小公称直径进行计算。

1.4

软件当中提供了预紧力以及轴向应力等等相关计算以及具体分析最终可提供结果是否满足其强度需求。并且对于部分取值提供一些常见的数值表格。

基本公式。

公式参数说明。

1.5

基本公式。

常见单边受力受检面数一般就是1。

1.6

提供了一些常见的压力容器计算基础数据并且内置了基础的屈服和抗拉强度数据库。

1.7

此计算器是个人设想的一种计算方式。并不提供准确的参考价值，但是在仿真与实践当中确实可以提供一定的参考。

二基本设计流程使用

基本设计流程就是按照上面所展示的流程。但需重点注意压力容器壁厚计算完之后还要到最后的壳体计算当中重新改变厚度来查看应力是否合适，并且尽量提高厚度。安全系数尽量提高。

三螺丝孔距离壳体边缘距离影响以及形成原因。

有关这个问题本文章提供了一个仿真案例并且分别进行研究探究。

如图基本构型如上。

使用ANSYS商业软件当中的瞬态结构模块进行有限元分析。

采用12个M6螺丝最小公称直径5.02螺丝材料304不锈钢。壳体材料6061t6铝合金。压力轴向载荷共8482N.

通过改变螺丝孔距离，壳体边缘距离以及改变温度和取消压力载荷等等影响因素下的结果。

第1组实验螺丝孔距离壳体边缘10毫米。

其网格基本信息。对于螺丝孔附近应力比较大进行局域加密网格质量达到可以使用。

边界条件,压力载荷3MPa,轴向载荷共8482N.

应力分布均匀并没有出现应力集中的情况其变形量微乎其微。以上图片为夸张变形具备使用条件。

第2组实验螺丝孔距离壳体边缘5毫米。

第2组网格信息

边界条件不变。

由仿真结果得知应力分布均匀并没有出现应力集中的情况。

第3组实验螺丝孔距离壳体边缘2毫米。

此时边缘部分已经开始出现应力集中。边缘后面应力并不是发散而是汇聚。此种情况极其危险，这只是在常温下的结果。

现在将其施加到200℃的温度载荷进行仿真。

已经出现非常大级别的变形，此时在200℃的温度下，此结构已经完全失效。变形量达到0.5毫米实际情况下会出现应力集中导致破坏。

第4组实验螺丝孔距离壳体边缘0.5毫米。

基本网格信息。

此时已经出现了严重的应力集中。大部分应力汇聚在顶端靠近壳体边缘处此时这种情况会严重破坏壳体直接导致其撕裂。有仿真证明0.5毫米两毫米这两组实验有两毫米处就已经开始出现部分应力集中0.5毫米严重应力集中。如果再考虑温度载荷下这两组都会导致其失效。

在取消压力载荷后壳体向内进行收缩并且弯折更加明显，应力更加集中。

有压力载荷并且在200℃下其结果。

严重的变形直接使用必然将其直接撕裂.

同样在边界条件下将壳体厚度改为原先的3.4倍固定方式使用卡簧。

边缘位置出现了严重的应力集中直接使用很容易导致其撕裂。对于同样的边界条件下，其厚度是原先的3.4倍，但还是会出现严重应力，集中还需进一步更改设计因此卡簧并不算是一种非常好的结构设计方法。虽然使用便利性上比径向螺栓略微方便。但设计上是极其不友好的

4，综述。

对于上面仿真，同样条件下仿真了螺丝孔距离壳体边缘位置10毫米5毫米2毫米0.5毫米。分别对应力及其变形结果进行了分析。

结果组合如下。

虽然变形量并不是很大但是我们应该重点关注的是应力分布。如果出现严重的应力集中则设计不合理。需要保证让其应力均匀分布不会出现局部大应力并且最大应力要小于材料除以安全系数下的安全许用强度。

温度影响是最大的，上图片温度上升到200℃其变形量巨大。壳体强度严重下降，因此设计时应当略微提高安全系数并且保证一定要将隔热做好，如果发动机长时间工作，则还需要特别考虑。此外建议各位爱好者有条件可以测量一下壳体温度，方便后期设计。

以上仿真案例均由计算软件所计算，并且计算结果均表明其设计合理。在距离壳体边缘距离足够的情况下，其仿真结果确实表明设计合理没有出现过大应力。变形量以及最大应力均在设计之下。

因此，在考虑螺丝孔距离壳体边缘位置时一定要通过有限元分析适当增加温度载荷。提高安全系数进行设计分析查看是否有应力集中处。并且要查看最大应力是否在设计应力之下。

连接处常用的一些设计方法

1，增加连接处壳体厚度，其他部分降低壁厚。

2，增加壳体刚度。

3，增加预紧力其增加摩擦力减小径向载荷。

4，将螺丝错开分布增加壳体截面积。