(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 202210859327.9 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 长春长光宇航复合材 料有限公司 地址 130000 吉林省长 春市北湖科技 开发 区盛北小街9 99号 (72)发明人 王利彬　商伟辉　林再文　尤洋　 张东洋　丁方胜　 (74)专利代理 机构 长春众邦菁华知识产权代理 有限公司 2 2214 专利代理师 王莹 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种一体化成型喷管内烧蚀层残余应力的 评估方法 (57)摘要 本发明涉及一种一体化成型喷管内烧蚀层 残余应力的评估 方法， 属于应力评估 方法技术领 域。 解决了现有技术中一体化喷管内烧蚀层残余 应力大且无法量化， 不能有的放矢地进行设计迭 代优化， 造成一体化喷管设计难度大、 制造风险 高， 内烧蚀层常常出现裂纹、 分层的技术问题。 本 发明的评估 方法先建立基础力学模 型， 然后通过 基础力学模型将内烧蚀层的残余应力评估转化 为二次超静定问题的求解。 该应力评估 方法解决 了一体化喷管设计中结构厚度、 缠绕角及铺层角 设计等难题， 显著降低一体化喷管设计缺陷导致 的制造风险。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115422705 A 2022.12.02 CN 115422705 A 1.一体化成型喷管内烧蚀层残余应力的评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 建立一体化成型喷管的内烧蚀层(2)、 内隔热层(3)、 碳纤维承力壳体(5)的基 础力学模 型， 其中， 将内烧蚀层(2)、 内隔热层(3)、 碳纤维承力壳体(5)两两间的胶层粘接效 果释放掉， 并由前端面约束(13)及后端面约束(14)替代胶层粘接效果， 从而实现内烧蚀层 (2)、 内隔热层(3)、 碳纤维承力壳体(5)的强制变形位移等效； 经材料力 学性能测试数据得知， 内烧蚀层(2)沿母线弹性模量为E1， 沿母线热膨胀系数 为α1， 截面积为A1， 沿母线长度为L1， 内烧蚀层(2)的内型面与轴线夹角 β， 斜缠缠绕角为θ， 当 内烧蚀层(2)为重叠缠绕工艺时， θ＝0 °； 内隔热层(3)沿母线模量为E2， 沿母线热胀系数为 α2， 截面积为A2， 沿母线长度为L2； 碳纤维承力壳体(5)沿母线模量为E3， 沿母线热胀系数为 α3， 截面积为A3， 沿母线长度为 L3； 存在以下关系： α1＞α2＞α3 L1＝L2＝L3  公式① 步骤二、 释放后端 面约束(14)， 以内烧蚀层(2)沿母线方向承受的集中力为F1、 内隔热层 (3)沿母线方向承受的集中力为F2和碳纤维承力壳体(5)沿母线方向承受的集中力为F3代 替， 由于热胀系数关系α1＞α2＞α3， 故一体化成型喷管的降温过程， 存在力的平衡方程： F1＝F2+F3  公式② 步骤三、 当内烧蚀层(2)降温过程自由收缩时， 其沿母线变形为： δ1＝α1*ΔT*L1  公式③ 当内隔热层(3)降温过程自由收缩时， 其沿母线变形为： δ2＝α2*ΔT*L2  公式④ 当碳纤维承力壳体(5)降温过程自由收缩时， 其沿母线变形为： δ3＝α3*ΔT*L3  公式⑤ 所述ΔT为 一体化成型喷管的温度变化； 步骤四、 内烧蚀层(2)承受F1作用时的轴向变形位移为： 内隔热层(3)承受F2作用时的轴向变形位移为： 碳纤维承力壳体(5)承受F3作用时的轴向变形位移为： 步骤五、 根据内烧蚀层(2)、 内隔热层(3)、 碳纤维承力壳体(5)间存在的强制变形协调 条件， 建立内烧蚀层(2)、 内隔热层(3)、 碳纤维承力壳体(5)的相容方程如下： δ1‑δ11＝ δ2+δ22  公式⑨ δ1‑δ11＝ δ3+δ33  公式⑩ 步骤七、 联立公式 ①③④⑥⑦⑨， 得出：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422705 A 2联立公式 ①③⑤⑥⑧⑩， 得出： 步骤八、 联立公式 ②， 得出： 步骤九、 根据材 料力学中的应力转角公式计算得 出内烧蚀层(2)的层间拉应力σβ： 步骤十、 已知内烧蚀层(2)的材料的层间法向拉伸强度σs的值， 根据公式 计算内烧蚀 层(2)的安全系数为[n]： 若求解出[n]＜1， 则内烧蚀层(2)的层间残余应力会导致层间开裂， 结构设计不合理； 若求解出[n]≥1， 则内烧蚀层(2)的层间残余应力不会导 致层间开裂， 结构设计合理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422705 A 3