Напряженно-деформированное состояние и прочность сварной оболочки с тоннельной трубой

Тонкостенные сварные оболочки - основной вид конструкции герметичных отсеков и топливных баков изделий ракетно-космической техники. Утяжки в процессе формирования сварного шва приводят к искажению формы оболочки и, как следствие, к существенному изменению ее напряженно-деформированного состояния, которое, в свою очередь, влияет на прочность и ресурс. В ракетных блоках с несущими баками в нижнем баке, как правило, встроена тоннельная труба для прохода к двигателю расходной магистрали второго компонента. В статье на примере топливного бака рассмотрены особенности поведения оболочки с тоннельной трубой: искажение формы в результате сварочных утяжек, повышение уровня напряжений в сварном шве из-за искажения формы, снижение несущей способности и ресурса. Для выполнения расчетов построена конечно-элементная модель оболочки. Проведены расчетные исследования зависимости просадки фланца тоннельной трубы от поперечной усадки сварного шва, зависимости коэффициентов усиления напряжений от просадки фланца. Определено снижение несущей способности оболочки из высокопрочного материала. Расчетами с учетом геометрической и физической нелинейностей показано, что оболочка из высокопластичного материала не теряет прочности из-за искажения формы, но у нее снижается ресурс из-за повышенного уровня напряжений от циклически повторяющихся нагрузок. Указаны источники циклических нагрузок на всех этапах жизненного цикла изделия.