柔性充气结构止裂方法研究

肖鹏，李新

（中国特种飞行器研究所，湖北 荆门448035）

1 不同形式的止裂带对气囊应力的影响分析

气囊采用3500LV 材料，在气囊上胶接不同形式的止裂带，针对经常采用的长条形止裂带，建立不同材料、裁剪方向、厚度、宽度、长度的止裂带模型（10 种不同止裂带形式，1 种无止裂带形式）进行有限元仿真分析。止裂带分析模型参数见表1。

应力分析结果见表2。根据表2分析可知，在相同载荷作用下，止裂带结构会增加附近囊体的应力水平，最大可使应力增加1.5 倍，即止裂带结构会使整个球体的强度降低。只有当止裂带材料的弹性模量远低于气囊材料的弹性模量时，在不考虑加工引起褶皱的情况下，在相同载荷下，防撕裂结构处的最大应力与无止裂带时的应力相近。

表1 止裂带分析模型参数

表2 强度分析结果

2 各种形式的端头应力扩散方式的对比分析

通过第2 节的分析可知，止裂带的两端会产生较为严重的应力集中，为了减小应力集中，要在止裂带的端头设计补强衬布，进行应力扩散。

根据止裂带端头加强衬布形状不同分为圆形加强衬布、半圆形加强衬布、水滴形加强衬布。分别针对典型尺寸的加强衬布进行细节设计与有限元分析。

常见的条形防撕裂端头加强结构形式见图1。

图1 防撕裂端头加强结构形式

三种条形防撕裂端头加强结构有限元分析，在止裂带一端施加1%的强制位移，有限元仿真结果如图2所示。

从图2的对比可以看出，各种端头加强结构对应力的扩散均有一定的效果，圆形加强使应力从70.3MPa 降低到59MPa，水滴形加强使应力从70.3MPa 降低到57.9MPa，半圆形加强使应力从70.3MPa 降低到56.5MPa，从应力水平降低情况可以看出水滴形加强的应力扩散效果最好，不同加强结构有限元分析对比见表3。

表3 不同修复结构有限元分析对比

图2 四中形式的应力分布云图

由于三种方案中加强结构对应力水平的降低处于同一水平，不存在较大的差别。

3 结论

通过以上分析，可以得到如下结论：

①为了防止柔性充气结构的大范围开裂布置止裂带会带来止裂带端头的应力集中，止裂带的材料的弹性模量越低导致的应力集中程度越小，反之越大。

②止裂带端部设计加强衬布进行应力扩散是一种有效减小应力集中的方式，圆形、半圆形、水滴形加强衬布的应力扩散效果相当。