محاسبه عمر خستگي يك سازه تراست استند تحت اثر ارتعاشات موتورهاي سوخت جامد

محاسبه عمر خستگي يك سازه تراست استند تحت اثر ارتعاشات موتورهاي سوخت جامد

به منظور سنجش دقت عملكرد موتور موشك ها و راكت ها آنها را در دستگاهي به نام تستر(تراست استند) آزمايش مي‌كنند. در اين مقاله يك شيوه جهت محاسبه اثرات ارتعاشات اتفاقي موتورهاي سوخت جامد بر روي سازه تستر ارايه شده است. در ابتدا با استفاده از اطلاعات تراست زمان سه نوع موتور سوخت جامد توسط نرم افزار MATLAB نمودارهاي PSD استخراج شده است. سپس سازه استندي كه بر اساس اصول ديناميكي خاصي طراحي شده در Solid works مدلسازي و به نرم افزار ANSYS انتقال داده شده است. در ANSYS سازه آناليز مودال شده و سپس تحليل طيفي صورت گرفته است. PSD هر موتور جداگانه بر سازه اعمال شده و تنش حداكثر بدست آمده است. آنگاه توسط رابطه اي كه از تركيب منحني گوس و رابطه ماينر استخراج شده، عمر خستگي سازه تخمين زده شده است. مقادير PSD در فركانس هاي اوليه سازه تاثير زيادي در مقدار عمر خستگي سازه دارد و بر اساس حداكثر نيروي تراست موتور نمي توان در مورد اثرات ارتعاشي آن اظهار نظر كرد.

Successful development, evaluation, and qualification of propulsion systems such as turbojet and turbofan engines and rocket motors require the measurement of the performance and reliability of these systems. Thrust stands or testers are instruments for solid and liquid motors test. In this paper, a method for calculating of solid motors random vibrations effects on a thrust stand structure is developed. At first some Power Spectral Density (PSD) of three kinds of solid motors has been calculated by MATLAB codes. Then a typical thrust stand which has been designed based on special dynamics principles, has been modeled in Solidworks and transferred to ANSYS. In ANSYS, the structure has been analyzed modal and spectral. Then each motorʹs PSD has been applied on structure separately and maximum stress has been determined by ANSYS codes. Fallowed by structure fatigue life has been estimated by a formula derived from compound of Minerʹs cumulative fatigue damage ratio equation and Gaussian distribution curve. Results showed amount of PSD at first frequencies has more effect on structure fatigue life and just based on maximum motor thrust can not come to a definite conclusion about the vibrations effects.