Stress Analyses of the Gimbal Bellows for a Lox Pipe

산화제 배관 김발 주름관 응력 해석

The stress analyses of the 'U'-shaped multi-ply reinforced gimbal bellows under high pressure and rotational displacement loadings are performed at the room and cryogenic temperatures. The bellows are used for the Lox pipe line which connects the combustion chamber with the turbopump of a liquid rocket engine. The distributions of the stress, the strains and the contact pressures are obtained from the finite element analysis considering the geometric non-linearities of the contacts between the plies and the material one of the isotropic plasticity. Those are compared with the stress results from EJMA (Expansion Joint Manufacturing Association) standard. Also, the effects of the operating temperature and the reinforcing ring on the stresses are investigated.

상온 및 극저온에서 높은 압력과 회전 변위 하중을 받는 'U' 형상을 가진 다겹의 보강된 김발 주름관에 대하여 응력 해석이 수행되었다. 이 주름관은 액체로켓엔진에서 연소기와 터보펌프를 연결하는 산화제 배관에 사용된다. 기하학적 비선형성인 겹 간의 접촉 및 재질 비선형성인 등방성 소성이 고려된 유한요소 해석을 통하여 응력, 변형율 및 접촉 압력이 얻어졌으며 EJMA 표준 해석 결과와 비교하였다. 또한 응력에 대한 보강링 및 온도의 효과도 살펴보았다.