(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210600642.X (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 内蒙动力机 械研究所 地址 010010 内蒙古自治区呼和浩特市新 城区新华大街65号 (72)发明人 刘鑫生　周文清　赵益达　苏丹　 张富强　魏龙　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 一种固体发动机壳体强度分析建模方法 (57)摘要 本发明涉及固体发动机技术领域， 具体涉及 一种固体发动机壳体强度分析建模 方法。 步骤如 下： S1， 金属壳体三维模型导入到ANSYS软件中; S2， 对三维模型进行一系列切割、 合并和删除操 作， 将三维模型转化为二维模型;S3， 对二维模型 赋予材料属性并划分四边形网格， 得到二维有限 元模型;S4， 根据几何模型的坐标特点筛选壳体 前后接头的内孔线号， 先后按照 “依附于线的点 ” 和“与点关联的线 ”循环选取壳体内侧线组， 从而 确定压力载荷的施加位置； S5， 将二维有限元模 型旋转一定角度， 扩展为三维模型； S6， 施加压力 载荷后求解计算， 提取等效应力用于评价金属壳 体结构强度。 本发明降低了仿真的难度， 明显提 高了工作效率， 具有较好的通用性。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114818202 A 2022.07.29 CN 114818202 A 1.一种固体发动机壳体强度分析建模方法,其特 征在于， 所述 步骤包括： S1： 金属壳体三维模型导入到ANSYS软件中； S2： 对三维模型进行一系列切割 、 合并和删除操作， 将三维模型转 化为二维模型； S3： 对二维模型 赋予材料属性并划分四边形网格， 得到二维有限元模型； S4： 根据几何模型的坐标特点筛选壳体前后接头的内孔线号， 先后按照 “依附于线的 点”和“与点关联的线 ”循环选取壳体内侧线组， 从而确定 压力载荷的施加位置； S5： 将二维有限元模型旋转 一定角度， 扩展为 三维模型； S6： 施加压力载荷后求 解计算， 最后提取等效应力用于 评价金属壳体结构强度。 2.根据权利要求1所述的一种固体发动机 壳体强度分析建模方法,其特征在于： 所述S2 的步骤为： S21： 将工作平面坐标恢复到与全局坐标系完全重合的位置， 利用工作平面对三维模型 进行切割， 从而产生 二维截面； S22： 直接删除所有体元 素， 至此几何模型不含 任何体元 素， 仅包含点、 线和面元 素； S23： 通过位置筛选去除Z＝0的面元素， 执行 “删除面及面以下的元素 ”命令， 则几何模 型仅剩Z＝0处的点、 线和面元 素； S24： 通过位置筛选 的方式保留Y>0 的元素， 删除Y<0的面及面以下元素； 利用Glue命令 和Merge命令将所有的面、 线和点 合并， 从而在不同的面之间形成公共边。 3.根据权利要求1所述的一种固体发动机 壳体强度分析建模方法， 其特征在于： 所述S4 的几何坐标确定以壳体轴向中点作为基准， 将壳体看作前后两个部分， 那么前半部分的线 元素最小径向坐标就是 前极孔半径， 后半部分线元 素最小径向坐标就是后极孔半径。 4.根据权利要求1所述的一种固体发动机 壳体强度分析建模方法， 其特征在于： 所述S5 旋转角度为3 0°。 5.根据权利要求1所述的一种固体发动机 壳体强度分析建模方法， 其特征在于： 所述S3 的四边形网格划分采用自由模式， 单 元类型选择不 参与求解的4节点M ESH200单元。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114818202 A 2一种固体发动机壳体强度分析建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及固体火箭发动机技术研究领域， 具体涉及一种固体发动机壳体强度分 析建模方法。 背景技术 [0002]美国空军的洲际弹道导弹项目 “陆基战略威慑 ”(Ground ‑Based Strategic   Deterrent)将降低发动机成本作为战略固体火箭发动机研发的关键技术之一。 金属壳体不 仅加工工艺简单、 产品性能可靠， 还具有成本低廉的优点， 已经大批量应用于低成本导 弹动 力系统中， 也逐渐应用于运载火箭中。 另一方面， 随着固体火箭发动机研制任务量的增加， 发动机的性能指标大幅提高， 发动机的研制周期却被缩减， 这就对固体发动机的论证速度 和论证效率提出了更高的要求。 发动机壳体结构简单， 可简化为回转体， 前 处理时网格划分 容易， 金属材料又是典型的各向同性材料， 仿 真时不需考虑材料方向和铺层工艺， 因此金属 壳体更能满足快速论证需求。 工程上常采用三维建模软件进行几何设计， 再将设计好的几 何模型转为中间格式， 最后导入到商业有限元软件中进行仿真计算， 从而确定壳体结构的 强度性能。 但这种 方式要求壳体设计师必须具备一定的仿真工作经验， 各种文件格式的转 换和前处理操作也费时费力， 难以满足快速论证的要求。 有经验的仿真工程师可以通过 ANSYS软件提供的APDL语 言进行二次开 发， 将壳体仿真的操作过程加以总结， 从而 形成一套 半自动化仿真程序。 用户每次在使用时都需要专门对这套仿真程序进行修改， 且能够适用 于这套仿真程序的壳体模型拓扑结构也必须与仿真程序编制时所采用的模 型一致， 有明显 的局限性。 部 分工程师采取在仿 真软件中直接 建模的方式， 从而实现 几何模型的参数化， 进 而可以较方便地进行仿真的前后处理操作。 但仿真软件的建模操作过于繁琐， 部分复杂的 几何特征甚至无法创建， 为满足设计和加工的需要， 设计师还必须在三维建模软件中重新 绘制模型， 导致实际的工作量增加了一倍以上， 反而降低了论证效率。 鉴于上述原因， 本发 明采用二次开 发的方式基于A NSYS软件开 发了一种固体火箭 发动机金属壳体结构强度分析 建模方法， 可以自动识别已导入的金属壳体模型中的零部件类型， 并进一步对各个零部件 进行几何前处理、 网格划分、 载荷施加、 求解计算和结果后处理等一系列仿真操作， 完全不 需要人为干预就可以实现金属壳体的结构强度仿真， 极大提高了设计师 的工作效率， 为固 体火箭发动机的快速论证提供了 重要的技 术支撑。 [0003]采用现有技术对金属壳体进行结构强度仿真时存在的缺点如下： 首先， 将几何模 型导入到商业仿真软件中或在商业仿真软件中直接建模， 再进行壳体结构强度仿真操作， 都要求操作者具有一定的仿 真工程经验， 非仿 真专业的结构设计师上手困难； 其次， 进行一 次壳体结构强度仿真大体需要经过前处理、 求解计算和后处理等三个步骤， 期间需要进行 多次的筛选、 合并、 删除等操作， 仿 真流程过于繁琐， 时间成本过高， 难以满足快速论证的需 求； 第三， 受限于不同设计师 的设计习惯， 不同壳体的几何拓扑结构也存在差异， 导致基于 拓扑结构开发的半自动化仿真程序每次使用都需要进行不同程度的修改， 不具备通用性， 因而不能满足实际的工程应用； 最后， 由于缺乏开展 金属壳体结构强度快速仿真的条件， 设说　明　书 1/4 页 3 CN 114818202 A 3