董鹏鹏 贺启林 王海洲 王儒文

平板锥形膜盒应力强度因子计算

董鹏鹏 贺启林 王海洲 王儒文

(北京宇航系统工程研究所 深低温技术研究北京市重点实验室，北京 100076)

基于梁理论和薄板理论分别建立了平板锥形焊接膜盒的理论计算模型，推导了膜片焊菇处裂纹尖端的应力强度因子在轴向外载和压力下的计算公式。为评估理论计算公式的准确性，基于ABAQUS的围线积分方法计算了裂纹尖端的应力强度因子。结果表明薄板模型的应力强度因子计算结果与有限元解吻合更好，误差在10%以内。

平板锥形；焊接膜盒；理论模型；应力强度因子；围线积分

0 引言

目前我国运载火箭的蓄压器和保险阀多使用平板锥形金属焊接膜盒。蓄压器中的膜盒（图1）是抑制火箭POGO振动的关键部件[1]，保险阀中的膜盒（图2）是感受压力的敏感元件[2]，膜盒在工作过程中要经历反复充压和振动环境，因此必须具备足够的强度和疲劳寿命。阀门和蓄压器等产品的膜盒是由多个膜片利用精密焊接技术沿其内外边缘焊接而成的管状元件，每件膜盒的焊缝数量从几十到几百条不等，其结构特点决定了焊缝应力具有典型的集中分布特征[2,3]，在振动载荷作用下，疲劳裂纹扩展是典型的失效模式。目前有关焊接膜盒的研究主要采用传统分析方法研究其强度、刚度、稳定性和疲劳寿命。樊大钧[4]基于旋转壳方程，推导了焊接锥形波纹管（焊接膜盒）在受集中力和均布压力的情况下，其壳体的基本微分方程。……