(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 202210902003.9 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 中国人民解 放军96901部队24分队 地址 100095 北京市海淀区北清路109号 申请人 合肥工业大 学 (72)发明人 王鑫　张骞　祖磊　冯翔　牟星　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 韩雪梅 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种固体火箭发动机壳体的爆 破压力预测方法及系统， 属于固体 火箭发动机壳 体设计领域。 方法包括： 采用参数化建模方法建 立固体火箭发动机壳体的有限元模 型； 将作用在 壳体上的总内压载荷等分成若干个载荷增量步； 计算每个载荷增量步内的内压载荷； 按照载荷增 量步， 将内压载荷依次加载在有限元模型上； 求 解当前载荷增量步内的线性节 点位移； 根据线性 节点位移计算有 限元模型中各结构离散单元内 缠绕层的纤维方向应变； 根据纤维方向应变判断 固体火箭发动机壳体的复合材料层是否失效； 若 失效， 则将所述当前载荷增量步内的内压载荷作 为壳体的爆破压力； 若未失效， 则加载下一个内 压载荷。 本发明提高了爆破压力预测的效率。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 115422791 A 2022.12.02 CN 115422791 A 1.一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测方法， 其特 征在于， 包括： 采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型； 将作用在所述固体火箭发动机壳体上的总内压载荷等分成若干个载荷增量 步； 计算每个所述载荷增量 步内的内压载荷； 按照所述载荷增量 步， 将所述内压载荷依次加载在所述有限元模型 上； 求解当前载荷增量 步内的线性节点 位移； 根据所述线性节点位移计算所述有限元模型中各结构离散单元内缠绕层的纤维方向 应变； 根据所述纤维方向应 变判断固体火箭发动机壳体的复合材 料层是否失效； 若所述固体火箭发动机 壳体的复合材料层失效， 则将所述当前载荷增量步内的内压载 荷作为固体火箭发动机壳体的爆破压力； 若所述固体火箭发动机壳体的复合材料层未失效， 则返回 “按照所述载荷增量步， 将所 述内压载荷依次加载在所述有限元模型 上”的步骤。 2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机 壳体的爆破压力预测方法， 其特征在于， 所述 采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型， 具体包括： 根据所述固体火箭发动机 壳体的几何特征参数建立复合材料壳体的经线方程； 所述几 何特征参数包括筒 身半径、 筒 身长度、 前封 头高度、 后封 头高度和封 头短半轴长度； 将壳体轴向坐标进行等距划分， 得到多个壳体轴向坐标； 将多个所述壳体轴向坐标代入到所述经线方程， 得到多个壳体径向坐标， 形成多个节 点坐标； 将相邻两个所述节点 坐标连线， 得到多个结构离 散单元； 计算每个所述结构离散单元的复合材料铺层参数； 所述复合材料铺层参数包括缠绕厚 度和缠绕角； 根据所述复合材 料铺层参数计算每 个所述结构离 散单元的复合材 料层的弹性矩阵； 根据所述结构离 散单元， 确定节点 位移场函数； 根据所述节点 位移场函数， 确定形函数矩阵和几何函数矩阵； 根据所述形函数矩阵、 所述几何函数矩阵和所述弹性矩阵， 确定线性刚度矩阵、 初位移 矩阵和初应力矩阵； 根据所述线性刚度矩阵、 所述初位移 矩阵和所述初应力矩阵建立有限元模型。 3.根据权利要求2所述的固体火箭发动机 壳体的爆破压力预测方法， 其特征在于， 所述 求解当前载荷增量 步内的线性节点 位移， 具体包括： 利用公式∑K0·δi＝E求解当前载荷增量步内的线性节点位移； 其中， K0为线性刚度矩 阵， δi为当前载荷增量步内第i个迭代步的线性节点位移； E为施加在结构离散单元上的当 前节点载荷向量之和。 4.根据权利要求1所述的固体火箭发动机 壳体的爆破压力预测方法， 其特征在于， 所述 根据所述线性节点位移计算所述有限元模型中结构 离散单元内各 缠绕层的纤维方向应变， 具体包括： 根据所述线性节点 位移计算节点 不平衡力； 根据所述节点 不平衡力计算节点 位移增量；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115422791 A 2根据所述节点 位移增量 修正所述线性节点 位移， 得到修 正后的线性节点 位移； 判断所述当前 载荷增量 步内的修 正后的线性节点 位移是否收敛； 若所述修正后的线性节点位移收敛， 则根据 所述修正后的线性节点位移计算所述纤维 方向应变； 若所述修正后的线性节点位移未收敛， 则根据所述修正后的线性节点位移计算所述节 点不平衡力。 5.根据权利要求1所述的固体火箭发动机 壳体的爆破压力预测方法， 其特征在于， 所述 根据所述纤维方向应 变判断固体火箭发动机壳体的复合材 料层是否失效， 具体包括： 判断所述纤维方向应 变是否小于或等于纤维方向最大伸长应 变； 若所述纤维方向应变小于或等于纤维方向最大伸长应变， 则固体火箭发动机壳体的复 合材料层未失效； 若所述纤维方向应变大于纤维方向最大伸长应变， 则固体火箭发动机壳体的复合材料 层失效。 6.一种固体火箭发动机壳体的爆破压力预测系统， 其特 征在于， 包括： 模型构建模块， 用于采用参数化建模方法建立固体火箭发动机壳体的有限元模型； 等分模块， 用于将作用在所述固体火箭发动机 壳体上的总内压载荷等分成若干个载荷 增量步； 载荷计算模块， 用于计算每 个所述载荷增量 步内的内压载荷； 加载模块， 用于按照所述载荷增量 步， 将所述内压载荷依次加载在所述有限元模型 上； 节点位移计算模块， 用于求 解当前载荷增量 步内的线性节点 位移； 应变计算模块， 用于根据所述线性节点位移计算所述有限元模型中各结构离散单元内 缠绕层的纤维方向应 变； 失效判断模块， 用于根据所述纤维方向应变判断固体火箭发动机 壳体的复合材料层是 否失效； 第一执行模块， 用于若所述固体火箭发动机壳体的复合材料层失效， 则将所述当前载 荷增量步内的内压载荷作为固体火箭发动机壳体的爆破压力； 第二执行模块， 用于若所述固体火箭发动机壳体的复合材料层未失效， 则返回 “按照所 述载荷增量 步， 将所述内压载荷依次加载在所述有限元模型 上”的步骤。 7.根据权利要求6所述的固体火箭发动机 壳体的爆破压力预测系统， 其特征在于， 所述 模型构建模块， 包括： 经线方程建立单元， 用于根据 所述固体火箭发动机 壳体的几何特征参数建立复合材料 壳体的经线方程； 所述几何特征参数包括筒身半径、 筒身长度、 前封头高度、 后封头高度和 封头短半轴长度； 等距划分单 元， 用于将壳体轴向坐标进行等距划分， 得到多个壳体轴向坐标； 径向坐标计算单元， 用于将多个所述壳体轴向坐标代入到所述经线方程， 得到多个壳 体径向坐标， 形成多个节点 坐标； 结构离散单元， 用于将相邻两个所述节点 坐标连线， 得到多个结构离 散单元； 铺层参数计算单元， 用于计算每个所述结构离散单元的复合材料铺层参数； 所述复合 材料铺层参数包括缠绕厚度和缠绕角；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115422791 A 3