中国机械工程第
21
卷第
12
期
2010
年
6
月下半月
基于键合图法的新型减压器金属波纹膜片分析
程华
1
钟华勇
l
1.合肥工业大学,合肥,
230009
孙运东
l
刘中华
2
赵迎春
2
赵韩
1
2.
安徽江淮航空供氧制冷设备有限公司,合肥,
230035
摘要:通过对航天航空设备中新型减压器工作过程的分析,应用键合国法建立了减压器状态方程,
仿真研究了金属波纹膜片载荷变化,基于龙格
库塔法进行了仿真计算,结果表明,减压器金属波纹膜
片在工作初期承受
21MPa
高压,在
0.06s
后压力稳定在
3.
43MPa
,在
0.08s
后活门位移稳定在
3.165mm.
建立了金属波纹膜片三维有限元模型,运用弹塑性有限元法分析了最大工作载荷下金属波纹膜片的变
形和应力,并运用
Norton
理论模型进行了高压下蠕变工作过程的仿真模拟。实验结果与有限元计算结
果一致,表明现有设计方案在系统极端高压下,膜片发生弹塑性变形,在长期承受高压下,膜片将发生蠕
变,但在1.
4256 X 10
6
s
后最终稳定,不会影响其使用功能。该方法对新型;或压器金属波纹膜片设计有
一定指导意义。
关键词:减压器;膜片;有限元;蠕变
中固分类号:
V432
文章编号
:1004--132X(2010)12--1418--06
Analysis
of
New Relieve Valve
Metal
Crinkle
Di
aphragm
Based on Bond
Graph
Zhai
Hua
1
Zhong
Huayong
1
Sun
Yundong
1
Liu
Zhonghua
2
Zhao
Yingchun
2
Zhao
Han
1
l.
Hefei
University
of
Technology
, Hefei, 230009
2. A
VICI
Jianghuai
Aviation
Oxygen
Supply
and
Refrigeration
Equipment
Co.
Ltd.
, Hefei, 230035
Abstract:
The
press
variation
loaded
on
metal
crinkle
diaphragm
was
studied
based
on
analysis
of
the
new
relieve valve
operation
process.
The
bond
graph
described
the
relieve valve
dynamic
feature
was
presented
to
set
up
the
state
space
equation
,
from
which
the
simulation
results
were
calculated
based
on
the
Lunge-
Kutta
methods
to
express
that
the
crinkle
diaphragm
w
il1
be
loaded
21MPa
at
the
beginning
of
the
relieve
press
procedure
,
and
the
press
w
il1
be
3.
43MPa
after
O.
06s
,
the
valve core
space w
i1l
be 3.
165mm
after
O.
08s. A
crinkle
diaphragm
solid finite
element
model
was
built
up,
and
stress
and deformation
with
the
maximal
press
21MPa
was
computed
,
and
creep
process
was
simulated
to
estimate
the
diaphragm
invalidation
or
not
according
to
the
Norton
theoretic
mode
1.
The
experimental
results
are
better
conformability
with
the
simulation
ones.
The
con
c1
usion
expresses
that
the
new
crinkle
diaphragm
w
i1l
be plastic
deformed
when
loaded
on
21MPa
,
and
creep
after
long
term
higher
press.
But
the
diaphragm
w
il1
be
also available
after
plastic
deformation
,
and
the
creep
diaphragm
deformation
and
stress
will
be
stable
loaded
with
21MPa
after
l.
4256 X
10
气,
and
also
work
normally.
The
simulation
method
offers
good
help
to
the
new
relieve valve design.
Key words: relieve
valve;
crinkle
diaphragm;
finite
element
method;
creep
O
引言
在航空航天系统中,减压器是重要的压力调
节部件。贮存于高压气瓶内的气体经减压器节流
减压后成为符合工作要求的恒定低压气体,使航
天器系统内具有压力稳定的工作环境。高压气体
经减压器降为低压气体是一动态过程,应具有高
可靠性,保证压力变化快速响应。目前,关于减压
器动态特性问题,理论上尚没有得到妥善解决,应
用中曾出现减压器因启动失效导致飞行故障的情
况
[IJ
。减压器作为运载火箭贮箱增压系统的重要
组成部分,对其要求愈来愈高,需有较长的工作贮
存寿命,调压点不应发生大范围变动。
文献
[lJ
利用线性化方法导出了减压器闭环
收稿日期
.2009-09-30
• 1418 •
传递函数并进行了
MATLAB
编程仿真。文献
[2J
应用热力学和流体力学理论,基于工作气体在
流过阀口或其他限流口时均为一维定等情流动等
假设,研究了直动型反作用式超高压减压器的动
态性能。文献
[3J
应用三重限流方程模拟了
Y5706
逆向式不减荷膜片式减压器的工作过程,
建立了减压器稳态工作数学模型,在工作点附近
对减压器的动态性能进行线性化处理后,建立了
系统动态模型。文献[
4-6J
介绍了减压器特性实
验系统,对静态特性实验与动态特性实验进行了
说明。文献
[7J
采用旋转对称壳体变矩理论,将流
变韧性引人应力
应变本构关系,分析了金属膜
片贮箱正向排放过程中的膜片变形。上述研究
中,文献
[1-3J
着重对减压器的动态性能进行线性