复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成，设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件，并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后，选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测，并将预测结果与试验结果进行比较，结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法，15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3％；4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4％；预测的失效形式与试验结果接近，为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

模块化卫星的多螺杆连接分析

相对于单螺栓连接或平均受力的多螺栓连接,模块化卫星的多根螺杆连接涉及被连接件的非均匀连接刚度,各螺杆处的不同连接刚度的耦合作用与影响还有待深入分析。本文基于单螺栓的载荷分析方法,通过计算被连接件的连接刚度矩阵参数,并融入到螺杆载荷分析中,从而得到计算螺杆直径与预紧力的公式。最后,给出一个模块化卫星多螺杆连接分析的算例,计算结果显示,使用M3钛螺杆、每个螺杆施加最小1Nm拧紧力矩,可以满足此模块化卫星的使用要求。     

大型卫星整流罩分离冲击载荷分析研究

文章利用工程热力学理论计算了运载火箭整流罩分离用爆炸螺栓的冲击力,同时采用了单只爆炸螺栓冲量测试数据,运用动力学响应分析的直接积分法和NASTRAN有限元程序对Φ3800整流罩在16只爆炸螺栓起爆分离下引起的弹射筒锁紧销动载荷进行了仿真分析。分析与试验结果对比分析表明,数据规律一致性较好,计算结果具有较高的可信度。文章较好地解决了高频冲击响应计算不易收敛和高阶模态精度差的问题。将分析方法应用于其它类似型号的整流罩,也具有较高的精度。     

发动机镀镉螺栓连接件的失效分析

对一种固体发动机安全机构上的螺栓连接失效件断口进行了扫描电子显微镜、金相组织、化学成分和Ｘ射线微区元素分析。基本朝该螺栓件失效断裂原因，由于钢制螺镀之后，低熔点金属镉从螺纹根部缺陷处渗入到基体内部引起晶界脆化，在应力的作用睛导致螺栓件失效断裂。     

分离螺母的关键设计参数分析

分离螺母是一种火工连接分离装置 ,用于卫星和火箭的分离机构。本文介绍了分离螺母的作用原理 ,对燃气压力、支撑角、螺纹角和载荷的关系进行了分析。在螺栓载荷和设计约束条件一定的情况下 ,改变分离的支撑角可引起轴向和径向载荷的变化 ,从而影响分离螺母的分离能力。为保证分离螺母正常工作并有合适的裕度 ,应合理设计支撑角的大小。     

分离螺母的关键设计参数分析

分离螺母是一种火工连接分离装置，用于卫星和火箭的分离机构。本文介绍了分离螺母的作用原理，对燃气压力，支撑角，螺纹角和载荷的关系进行了分析，在螺栓载荷和设计约束条件一定的情况下，改变分离的支撑角可引起轴向和径向载荷的变化，从而影响分离螺母的分离能力，为保证分离螺母正常工作并有合适的裕度，应合理设计支撑的大小。     

降落伞弹性现象对伞衣载荷的影响

降落伞载荷研究是降落伞研究的一项重要内容,首次将降落伞的弹性现象和伞衣载荷结合在一起考虑。首先理论探讨了降落伞工作过程时伞衣动载的产生原理及其影响因素。在此基础上,采用了不同弹性的伞衣材料及不同弹性的连接绳连接方式,对平面圆形伞在定常风洞情况下的开伞过程进行了试验研究。获得了伞衣载荷和伞形之间的动态关系,发现降落伞弹性现象对伞衣载荷有重要的影响。试验结果表明降落伞弹性增强,会加大降落伞工作过程的不稳定性,呼吸现象更为明显;伞衣载荷的波动峰值增加,振动频率加快,同时会使充气推迟,充气时间延长。该实验研究可为降落伞的载荷分析提供一定的依据。     

蜂窝夹层结构镶嵌件拉伸承载力分析

蜂窝夹层结构镶嵌件是航天器结构中广泛应用的连接部件,其设计是否合理直接影响着航天器结构设计的好坏。为了得到镶嵌件受垂直于面板的拉伸载荷时的具体受力情况,按照蜂窝夹层结构镶嵌件的实际结构形式建立其有限元模型进行了计算分析。结果得出,镶嵌件承受垂直于面板的拉伸载荷时,蜂窝芯子是决定镶嵌件拉伸承载力的关键因素,其中,蜂窝芯子中的单层箔壁最先破坏。在此基础上,分析了芯子高度、密度及面板厚度对镶嵌件拉伸承载力的影响,提出了通过在镶嵌件周围局部加密蜂窝芯子提高镶嵌件拉伸承载力的措施。     

弯曲载荷作用下固体火箭发动机裙端连接螺孔受力分析

利用细长梁弯曲平面理论,推导了弯曲载荷作用下固体火箭发动机受拉侧拉力总和的计算公式.在此基础上,根据单个螺栓连接结构拉伸试验数据和法兰上各连接点之间的变形谐调关系,推导了给定弯曲载荷下单点拉力计算公式.根据该方法可计算非均匀分布情况下单个螺栓连接点的受力.算例对公式的正确性进行了间接验证.     

航天器微振动力学参数测量单元设计与验证

针对某新型气象卫星的在轨微振动测量需求,分析微振动对于卫星及其精密载荷的影响,提出一种具有可切换量程和较高故障容错能力的卫星微振动测量单元设计方案。通过地面试验数据与在轨数据的对比,证明该系统能够准确辨识整星及高精度载荷在不同工况下的微振动力学数据。该系统功能的成功实现为进一步优化星体结构、改善高精度载荷工作环境提拱了大量真实可靠的数据,也可为后续我国卫星的微振动技术研究和微振动抑制提供参考。     

复合材料壳体轴压稳定性分析

利用有限元结构分析法,引入线性屈曲模态作为结构的初始几何缺陷,对复合材料壳体的轴压稳定性进行了非线性分析。将计算结果与线性屈曲分析及实验结果进行了对比,结果表明,由于初始缺陷等非线性因素的影响,结构的线性临界载荷高于非线性临界载荷,进行非线性分析是必要的。文中对壳体承受轴压能力进行了初步估计,可为复合材料壳体的稳定性工程设计提供参考。     

大直径铝合金铆钉以铆代螺可行性试验研究

针对双层铝合金板铆接结构,通过电磁铆接工艺试验,分析Φ10mm-2A10铝合金铆钉镦头的微观组织,与钢质螺栓连接接头对比评价了铆接接头的力学性能。研究发现,随放电电压的增加,铆钉镦头直径逐渐增加、高度逐渐降低。铆钉镦头以绝热剪切为主要变形模式。铆接接头的最大剪切和拉脱载荷分别为23.3k N和35.0k N,均高于钢质螺栓连接接头,并且相对于螺接接头可减重15.8%。     

超声螺栓测量仪

NASA最近研究出一种用于测量螺栓连接接头预紧力的超声应力测量仪。航天地面设备和飞行结构件上用螺栓和销钉连接的一些重要构件，为保证连接的可靠性，需要精确、可靠地测量螺栓的预紧力。目前市场上供应的仪表大多数情况下使用尚可，但在测量飞行状态下的一些结构件时会出现错误或测量结果不精确的情况。由肯尼迪航天中心的Stuart M.Gleman和Geoffrey K.Rowe发明的这种超声螺栓测量仪解决了这个问题，该测量仪接收螺栓传输的超声信号，产生回应波形输出信号，然后通过相互关联和特性辨认分析系统来显示螺栓的应力状态。超声螺栓测量仪…     

航天器基础激励SEA建模方法

针对航天器力学环境试验中随机横向基础激励高频预示技术开展了建模方法的研究。首先建立典型结构的有限元模型并开展仿真计算,获取背地板面内振动数据、连接环弯曲振动数据及振动台横向振动数据;进而分别建立背地板受纵向振动约束载荷、连接环受弯曲振动约束载荷的SEA模型,并将有限元计算结果作为激励源数据,利用统计能量分析（SEA）方法开展仿真分析,得到了航天器横向基础激励SEA建模的一般方法和步骤。研究表明:横向基础激励下,可将环境试验中获取的振动台数据以弯曲波的形式施加到连接环上,进行航天器高频响应SEA预示。     

基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究

横向振动是引起螺栓连接结构松动的重要原因。利用Hypermesh软件进行参数化建模,在建立带有螺纹升角的螺栓连接结构六面体网格精确有限元模型基础上,基于ABAQUS显式动态分析模块,通过接近实际工况的转角法拧紧螺栓,并施加横向正弦位移载荷,对横向振动下的螺纹连接结构松动情况进行多阶段、全过程有限元仿真分析,并设计了螺栓松动试验台进行螺栓松动实验,验证仿真方法的准确性。主要研究了横向振动前期螺栓扭转变形对螺栓松动情况的影响。结果表明,横向振动时的完全滑移先发生于支撑面处;在螺栓扭转变形完全回弹之前,预紧力的下降主要是塑性变形引起的,螺纹啮合处相对滑动不明显,此后,预紧力的下降主要是螺母回转引起的,螺纹处产生明显相对滑动,并提取了螺栓扭转变形回弹为0的节点。通过仿真和实验相结合的方法使分析结果更为准确。     

螺栓连接松动的导波监测技术综述

螺栓连接件使结构易于安装或拆卸,同时还可以承受较大的载荷,广泛应用于航空航天结构中。然而,螺栓在复杂服役环境中很容易发生松动,因此准确监测螺栓预紧力对于确保结构的可靠性和安全性具有重要意义。经过多年的发展,基于超声导波的结构健康监测方法逐渐成为螺栓连接松动监测的重要技术手段之一。对典型的螺栓预紧力导波监测方法进行了综述,包括导波能量耗散法、时间反转法、接触声学非线性法和混沌超声法等方法,介绍了这些方法的基本原理和发展现状。同时,通过实验将目前应用较多的导波能量耗散法、时间反转法进行了对比,结果表明时间反转法的监测灵敏度更高。     

复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余拉伸强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的拉伸过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论对层合板的冲击及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下损伤破坏的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板在冲击载荷及冲击后拉伸载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。     

航天飞机G417载荷研制及油滴与水滴接触微重力实验

文章介绍了曾经由航天飞机STS-64飞行任务搭载的编号为G417载荷的研制经验以及利用该载荷在航天飞机上开展的油滴与水滴接触微重力实验。北京卫星环境工程研究所承担了该载荷全部研制任务,其研制经验和飞行实验可为我国将来空间站开展微重力实验提供参考。     

半球谐振陀螺仪寿命的一种长周期预测方法

为了缩短半球谐振陀螺仪寿命实验周期,降低实验成本,提出了一种针对漂移数据的残差修正ARGM(1,1)(Autoregressive GM(1,1))寿命预测方法。该方法利用神经网络与支持向量机中的自回归方式改进灰色模型,提高了模型的自适应能力,增强了模型的学习能力与预测能力,降低了模型回归学习的时间消耗和数据量要求,提高了预测效率。采用小波包络分析预处理某型号半球谐振陀螺仪的漂移数据,利用提出的预测方法对处理后的数据进行长周期预测,并结合灰色关联分析方法,分析失效阶段并最终预测出半球谐振陀螺仪的寿命。实验表明,残差修正ARGM(1,1)模型对半球谐振陀螺仪漂移数据的长期预测精度高于传统GM(1,1)模型、BP神经网络与支持向量机,结果也表明了研究方法的正确性和有效性。     

多格式载荷数据处理与管理平台的设计和实现

为了解决现有航天器载荷数据处理软件灵活度差、处理效率低的问题,设计了一种基于多级解包预处理策略以及并行处理调度算法的多格式载荷数据处理与管理平台。通过在某卫星的载荷试验数据处理与存储管理任务中的应用,验证了该平台设计的可行性和有效性。研究结果可为航天器多种格式的载荷数据并行处理与统一管理提供参考。