分享：某发射筒端盖开盖性能异常原因

蔡 泽1,武丽丽1,柯贤朝2

(1.上海航天精密机械研究所,上海 201600; 2.上海材料研究所 上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海 200437) 

摘 要:某发射筒端盖在进行开盖性能测试时出现形态异常现象。采用 X 射线检测、仿真分析 等方法对该端盖形态异常的原因进行了分析。结果表明:端盖中的金属增强材料偏移至应力沟槽, 试验方法选用不当,导致了该端盖在测试时形态异常; 偏移至应力沟槽,动态开盖试验方法也可以避免端盖在 X 测 射 试 线 时 检 出 测 现 可 形 以 态 发 异 现 常 端 。 盖中的金属增强材料 

关键词:发射筒端盖;开盖形态;X射线检测;仿真分析 中图分类号:TG131 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)07-0038-03

某发射筒端盖由模塑料和金属增强材料压制而 成,其内表面有6条沟槽,正常情况下,在进行开盖性 能测试时,端盖会沿沟槽破裂为6块(见图1)。端盖 中金属增强材料的作用是使试验后的碎块不脱落。

采用静态开盖试验方法(缓慢加压直至端盖被 破坏)对端盖进行开盖性能测试时,仅有4块碎块翻 转,另外2块碎块连在一起,未沿应力沟槽扩展,表 面有裂纹但未裂开,且连在一起的碎块未翻转,开盖 形态异常(见图2)。 

对端盖进行检查,在未翻转碎块上的裂纹处可 图1 端盖正常开盖宏观形貌 隐 约看到金属增强材料,初步推断金属增强材料发生了偏移。物理破坏方法是通过将端盖中的金属增 强材料暴露出来,来验证金属增强材料是否偏移的。 由于模塑料和金属增强材料之间结合力较好,采用 该方法会不准确,因此笔者采用无损检测方法来确 定端盖中金属增强材料的偏移状态。复合材料无损 检测的方法有超声检测、X射线检测、红外热成像检测等[1]。X射线检测技术具有不受被检测复合材料 种类的影响,检测结果直观、可靠[2],被广泛应用于 复合材料的检测中[3-5]。笔者采用 X 射线检测方法 对端盖进行无损检测。

1 X射线检测

对开盖形态异常的端盖进行 X射线检测。根据 X射线胶片的清晰程度,确定检测条件为:单壁单影, 焦距为1200mm,电压为80kV,电流为5mA,曝光 时间为3min,显影时在20℃下处理5min,胶片冲洗 时间为30min。开盖形态异常端盖的 X射线检测结 果如图3所示,由图3可知:连在一起的碎块中的1 块的金属增强材料发生了偏移,由此推断开盖形态异 常与金属增强材料偏移至沟槽有关。

2 仿真分析 

为分析金属增强材料偏移至沟槽对开盖形态的 影响,对端盖进行了仿真分析。正常端盖模型如图 4所示。

金属增强材料偏移至沟槽的极限情况为2片金 属增强材料连接为一个整体,为了简化计算,采用极 限情况进行仿真分析,金属增强材料偏移至沟槽的 端盖仿真模型如图5所示。

根据端盖进行开盖性能测试时的实际工况,对 盖环施 加 全 约 束,在 盖 体 内 表 面 施 加 均 布 载 荷 0.1MPa(载荷方向指向外表面为正)。图6为正常状态下开盖性能测试时最大应力区域分布,图7为 金属增强材料偏移至沟槽后开盖性能测试时最大应 力区域分布。由图6,7可知:正常状态下,6条应力 沟槽的应力分布基本相同,在开盖时同步打开;金属 材料偏移至沟槽,2片金属叶片连在一起时应力分 布发生变化,金属材料发生偏移的沟槽应力明显变 小,6条应力沟槽不再同步打开,开盖性能测试时开 盖形态会发生变化。采用静态开盖试验方法时,一 旦盖体破裂会导致泄压,其中应力较小的沟槽可能 不开裂,发生偏移的沟槽因无法开裂而连在一起,同 时泄压导致碎块翻转动力下降,极限情况会出现碎 块不翻转。

3 试验模拟

采用飞行试验方法对端盖进行开盖性能测试 时,发现金属增强材料发生偏移的端盖仍会正常开 盖。对采用飞行试验方法测试的端盖进行 X 射线 检测,发现端盖中的金属增强材料偏移至沟槽,但开 盖形态正常(见图8)。

同样是金属增强材料发生偏移,采用静态开盖 试验方法时出现了开盖形态异常,而采用飞行试验 方法时开盖形态正常,飞行试验方法中端盖会瞬间 开盖,两种试验方法明显不同,由此推断试验方法也 是导致端盖开盖形态异常的原因之一。

为验证试验方法对开盖形态的影响,需模拟发 射试验环境,而动态开盖是一种可以模拟发射试验 环境的试验方法,该方法可瞬间释放大量气体,在很 短时间内对端盖产生压力使端盖被破坏,动态开盖 试验方法如图9所示。对金属增强材料偏移至沟槽 的端盖进行动态开盖性能试验,试验结果如图10所 示,端盖的 X 射线检测结果如图11所示,由图10, 11可知:采用动态开盖试验方法时,金属增强材料 跨过应力沟槽不影响开盖形态,端盖依然破裂为6块。试验模拟结果表明,开盖试验方法选择不当是 开盖形态异常的原因之一,动态开盖试验方法更接 近端盖的实际使用工况。 

4 结论与建议 

X射线检测和仿真分析结果表明:金属增强材 料偏移至沟槽会导致端盖开盖形态异常。对比金属 增强材料偏移至沟槽的端盖,在静态开盖试验方法 和动态开盖试验方法时的开盖形态,发现静态开盖 试验方法会导致开盖形态异常,动态开盖试验方法 的开盖形态正常,表明试验方法选择不当会导致开 盖形态异常,应选用动态开盖试验方法。综上分析, 金属增强材料偏移至沟槽和开盖试验方法选择不当 是端盖开盖形态异常的原因。

为避免开盖形态异常,在后续端盖的生产过程 中用 X射线检测端盖中金属增强材料的状态,将金 属增强材料偏移至应力沟槽的端盖去除,同时采用 动态开盖方式进行开盖性能测试。

参考文献:

[1] 唐国栋.航空复合材料无损检测技术发展分析[J].中 国设备工程,2020(19):12-13. 

[2] 董方旭,王从,凡丽梅,等.X 射线检测技术在复合材 料检测中的应用与发展[J].无损检测,2016,38(2): 67-72.

[3] 杨永锋,赵培得.复合材料的射线检测技术[J].硅谷, 2014,7(12):119-123. 

[4] 张海兵,孙金立,张浩然.X射线成像技术在飞机复合 材料检测中的应用[J].航空维修与工程,2009(6):81- 82. [5] 张健.X射线检测技术在复合材料检测中的应用与发 展[J].电子技术与软件工程,2018(23):98