固体火箭发动机金属燃烧室壳体是发动机的主体结构件,是火箭动力系统所有功能实现的基础。本课题在航天八院动力专项提升工程“固体火箭发动机设计方法研究”的支持下,针对固体发动机金属壳体的结构强度有限元仿真提供了一种有效的分析方法,同时以该分析方法为基础,基于材料性能参数以及几何尺寸参数的不确定区间得到结构响应的偏差范围,为实际工程中有限元仿真分析结果的判断提供参考依据。具体研究内容包括:首先阐述金属壳体的结构组成以及典型特点,同时介绍采用传统解析法设计带来的壳体典型故障和以及失效模式,并分析了目前金属壳体有限元分析中存在的问题。其次,论文采用经典的Prandtl—Reuss流动法则假设建立材料弹塑性本构方程,根据工程实际需求,简化弹塑性本构方程为多段多项式方程。从室温下试片的单项拉伸试验数据中获取30Cr3超高强度钢材料静态力学性能曲线。采用统计学方法确定材料弹性模量、塑性阶段应力与应变数据,拟合曲线确定材料的本构方程。经试棒拉伸试验证实,由统计方法确定的材料参数均值对分析结果的误差在5.4%以内。进而,通过对有限元分析处理手段包括隐式与显式算法比较、单元选择、网格划分、模型简化等的分析,确定金属燃烧室壳体结构强度有限元分析时选择隐式算法较为合适;单元阶次以及网格层数的增加将直接提升计算精确度,兼顾计算效率时应选择二次减缩积分单元,壳体薄壁段径向方向至少划分2层网格以确保计算误差合理;模型简化处理方面,大开口特B螺纹推荐采用全螺纹模型进行结构强度分析;螺栓螺纹段应简化成小径圆柱分析较为合适;用于连接定位以及防松的定位销因不影响分析结果可在建模时直接简化忽略。经某金属燃烧室壳体模型仿真分析验证确定该分析方法有效。最后,通过单因素以及综合因素正交试验分析金属壳体法兰连接模型中材料参数以及几何尺寸参数的不确定区间对结构响应的影响,分析确定壳体材料参数是影响结构响应的主要因素,其次是壳体的壁厚尺寸参数。经故障案例分析证明,参数不确定区间给连接处的结构应力响应带来20%左右的偏差。对某型号发动机壳体故障进行案例重演,发现分析得到的结构应力已超过计算允许的偏差范围,直接导致了故障的发生。后续对结构优化后的模型进行分析确认其计算偏差在结构允许的偏差范围内,优化设计有效。本文的研究旨在提供一种可行的高精度的金属燃烧室壳体结构有限元分析方法,并运用该分析方法开展参数不确定区间对结构有限元分析结果的偏差影响研究,为发动机金属壳体的设计工作带来一定的应用价值。