柔性充氣結構止裂方法研究

肖鵬，李新

（中國特種飛行器研究所，湖北 荊門448035）

1 不同形式的止裂帶對氣囊應力的影響分析

氣囊采用3500LV 材料，在氣囊上膠接不同形式的止裂帶，針對經(jīng)常采用的長條形止裂帶，建立不同材料、裁剪方向、厚度、寬度、長度的止裂帶模型（10 種不同止裂帶形式，1 種無止裂帶形式）進行有限元仿真分析。止裂帶分析模型參數(shù)見表1。

應力分析結果見表2。根據(jù)表2分析可知，在相同載荷作用下，止裂帶結構會增加附近囊體的應力水平，最大可使應力增加1.5 倍，即止裂帶結構會使整個球體的強度降低。只有當止裂帶材料的彈性模量遠低于氣囊材料的彈性模量時，在不考慮加工引起褶皺的情況下，在相同載荷下，防撕裂結構處的最大應力與無止裂帶時的應力相近。

表1 止裂帶分析模型參數(shù)

表2 強度分析結果

2 各種形式的端頭應力擴散方式的對比分析

通過第2 節(jié)的分析可知，止裂帶的兩端會產(chǎn)生較為嚴重的應力集中，為了減小應力集中，要在止裂帶的端頭設計補強襯布，進行應力擴散。

根據(jù)止裂帶端頭加強襯布形狀不同分為圓形加強襯布、半圓形加強襯布、水滴形加強襯布。分別針對典型尺寸的加強襯布進行細節(jié)設計與有限元分析。

常見的條形防撕裂端頭加強結構形式見圖1。

圖1 防撕裂端頭加強結構形式

三種條形防撕裂端頭加強結構有限元分析，在止裂帶一端施加1%的強制位移，有限元仿真結果如圖2所示。

從圖2的對比可以看出，各種端頭加強結構對應力的擴散均有一定的效果，圓形加強使應力從70.3MPa 降低到59MPa，水滴形加強使應力從70.3MPa 降低到57.9MPa，半圓形加強使應力從70.3MPa 降低到56.5MPa，從應力水平降低情況可以看出水滴形加強的應力擴散效果最好，不同加強結構有限元分析對比見表3。

表3 不同修復結構有限元分析對比

圖2 四中形式的應力分布云圖

由于三種方案中加強結構對應力水平的降低處于同一水平，不存在較大的差別。

3 結論

通過以上分析，可以得到如下結論：

①為了防止柔性充氣結構的大范圍開裂布置止裂帶會帶來止裂帶端頭的應力集中，止裂帶的材料的彈性模量越低導致的應力集中程度越小，反之越大。

②止裂帶端部設計加強襯布進行應力擴散是一種有效減小應力集中的方式，圓形、半圓形、水滴形加強襯布的應力擴散效果相當。