基于Workbench的隧道管結構優化設計

段成紅，高慶東，劉觀日2，張 健2，羅翔鵬

(1．北京化工大學，北京 100029；2.北京宇航系統工程研究所，北京 100076)

0 引言

與土星Ⅴ號運載火箭相似，許多重型運載火箭的液氧貯箱位于燃料貯箱上方，液氧輸送管從燃料貯箱通過，然后到達發動機。燃料貯箱內設有隧道管，液氧輸送管從隧道管內通過[1]。隧道管的兩端分別與燃料貯箱的前、后箱底密封相連，將液氧輸送管與燃料隔開，以防止輸送管內液氧滲漏而發生危險。

隧道管屬于大直徑波紋管，燃料貯箱內隧道管的外表面承受貯箱增壓和介質的壓力。當承受的橫向外壓達到某一極限值時，橫截面會突然失去原來的圓形，被壓扁或出現有規則的波紋，這種現象稱為外壓周向失穩[2]。周向失穩的表現形式為波峰塌陷，其失效形式類似于外壓圓筒產生的周向失穩[3-4]。波紋管周向外壓失穩的理論計算是將波紋管等效成一個當量圓筒，然后按外壓圓筒的穩定性問題進行計算，該過程將波紋管作為剛性體，并未考慮位移對波紋管周向穩定性的影響[5-6]。李張治等[7]將力學模型等效轉化，提出位移載荷作用下波紋管周向應力計算的一種新方法，對大直徑波紋管的設計有參考價值。傳統的設計思路是：選擇材料→初步粗算波形參數→試驗驗證(若試驗失敗，則更改參數、重新試驗)[8]。徐小龍等[9]以表格形式，詳細對比幾個常用膨脹節標準在適用范圍、應力計算、失穩壓力計算、疲勞設計等方面的異同，并提出膨脹節后續研究中應重點關注的問題，為膨脹節的設計提供參考。……