空间管路结构单多轴随机振动下的动强度特性研究

从理论分析和仿真计算两个角度，研究对比了典型空间管路结构在单、多轴随机振动载荷下的动强度特性。确定了线性结构模态振型主振方向的评定方法，得到了管路结构模态振型主振方向与随机激振方式和方向、动应力响应之间的规律特性。不仅能够为管路结构随机振动响应试验系统设计提供指导，而且能够为其动强度考核提供保障。     

火箭复合材料结构的噪声振动环境复现与特性研究

噪声环境是火箭飞行过程中的主要激励源之一,会引起结构的强烈振动,并对安装的仪器设备的正常工作带来影响。目前火箭结构大量采用复合材料,其厚度薄、重量轻,在噪声环境激励下,不同位置处的随机振动存在很大差别,这给环境条件制定和试验考核带来了困难。根据飞行实测的局部位置随机振动结果,通过调整噪声外激励,预示了在实际飞行过程中复合材料舱段的振动环境,同时对噪声环境激励下不同位置处的随机振动特性开展了研究,为进行力学环境的精细化设计和仪器考核试验的真实模拟提供了参考。     

复杂管路结构动力学特性分析

采用计算模态分析和试验模态分析的方式,对包含焊接连接的复杂管路结构动力学特性进行研究。考虑内部零件的质量效应以及焊接连接对局部刚度的影响,建立了复杂管路结构的有限元分析模型,并开展了计算模态分析;采用锤击法和非接触式测量方法进行复杂管路结构的试验模态分析。对比仿真结果和试验结果可以发现:采用焊接建模方式可以提高焊接部位局部刚度,使得管路结构模态频率有所升高;管路结构两端固支边界条件下前五阶模态频率的计算结果与试验结果误差不超过3%;管路结构测点处的随机振动响应试验结果与仿真结果相差3.3dB。     

飞行器薄壁结构热噪声响应及动强度研究

飞行器在大气层内长时间高马赫数飞行会面临极端严酷的热/振动/噪声等力热复合载荷环境,对传统单一环境下的结构动力学、强度分析与试验技术提出了挑战,本文分析了国内外在该领域进展及存在的技术难题,围绕工程及专业技术发展需求,针对飞行器薄壁结构在高温环境下的结构动特性演变规律、热噪声动态响应分析与试验技术、热噪声载荷下结构寿命预示与动强度评估等方面开展研究,对取得的最新研究进展进行了科学总结,提出了未来的发展建议,可为高超声速飞行器、可重复使用运载器等关键结构设计与试验考核提供技术支撑。     

基于有限元法的响应谱计算

在工程各个领域中广泛地存在着随机振动现象.计算在随机激励作用下结构的响应谱是结构强度和环境分析的重要任务之一.本文基于微机通用有限元程序,采用频率响应法,建立了一个可用于计算多输入多输出响应谱的分析系统。算例表明,效果是很令人满意的.     

飞行器贮箱增压管路内外热力综合环境试验研究

飞行器贮箱增压管路在正常工作时,同时受到静力、内热、内压、外热、振动等的综合环境作用,工作条件恶劣.描述了管路地面热力学综合环境试验系统的建立方法,在地面模拟管路的热力学环境工况,对其进行充分的试验考核验证,对管路的综合考核具有重要的意义.     

发动机喷管延伸段振动疲劳评估方法

发动机喷管延伸段由管束式排放冷却段和气膜冷却单壁段组成,发动机运行过程中会受到较高应力、宽频振动以及高温环境等影响,因而在受力集中部位、焊缝最大应力区等薄弱环节比较容易出现裂纹等破坏形式。本文给出发动机喷管延伸段在高温高压环境下的静动强度、刚度、和薄壁结构常温下振动疲劳分析方法。建立了发动机喷管延伸段有限元分析模型,根据仿真分析结果评估结构强度是否满足设计要求,运用多种分析手段查找结构设计的相对薄弱环节,提出通过高温静强度和刚度以及疲劳寿命分析,并根据疲劳寿命反馈进行结构优化,为结构设计提供有效参考。     

飞机舵机作动器局部应力与疲劳寿命分析

通过有限元分析软件ANSYS Workbench对飞机舵机作动器进行了力学分析建模,通过引入非线性接触设置模拟了作动器筒体的实际工作的接触效应,分析了结构在复杂工作状态下的局部应力分布,并且根据第四强度理论校核了结构的静强度设计;然后,在静力分析的基础上,根据第一强度理论确定结构的疲劳危险点,并结合名义应力法和线性累积损伤理论估算了结构在设计疲劳谱下的疲劳寿命。本文的分析流程可以给工程设计单位在处理类似复杂航空结构的静强度与安全寿命设计问题方面提供参考。     

基于多尺度方法的飞行器结构强度分析

建立了一套飞行器结构多尺度分析方法,能够较为高效、准确地分析飞行器结构的力学行为,确定危险区域以及研究损伤模式。采用层次多尺度法,分别建立了飞行器整体结构、局部舱段结构、单钉连接模型三种有限元模型,对飞行器结构进行分析。建立了宏观变量与细观响应之间的信息传递和反馈。对三向正交碳/碳机织复合材料的宏观刚度和强度性能进行了预测,建立了宏观损伤起始包络线。采用协同多尺度法对单钉连接模型进行渐进损伤分析。研究表明该方法具有良好适用性,能够较为准确地分析结构的损伤模式,为飞行器结构设计提供参考。     

再入飞行器复杂结构随机振动响应分析研究

本文用MSC／NASTRAN软件对再入飞行器复杂结构轴向随机振动试验和横向随机振动试验进行了响应分析，并与试验测量结果进行了比较，两者基本相符：加速度响应均方根值预示误差小于30％（轴向随机振动响应分析）和50％（横向随机振动响应分析）。本文采用的飞行器复杂结构随机振动响应分析方法和技术途径得到试验验证。     

复杂结构全频段声振综合响应分析

航天飞行器在飞行过程中受到严酷的声振综合力学环境,既有发动机的脉动推力,又有飞行过程中的气动力作用,可通过声振综合试验提高地面试验考核的真实性。而声振综合环境下的结构响应预示可为试验方案制定、条件制定以及结构设计等提供技术支撑。本文针对复杂卫星结构,开展了全频段声振综合响应预示技术应用研究,重点研究了随机振动施加方法、噪声载荷施加方法、结构建模方法等,在此基础上预示了卫星模型在声振综合环境下的结构响应,将仿真结果和声振综合试验结果对比发现,仿真结果和试验结果吻合,RMS值误差在3d B以内。     

结构阻尼减振系统设计

随着现代科学技术的不断发展,振动和噪声的控制日益成为一个迫切的问题。尤其是空间技术的迅速发展,飞行器系统的功率和速度都有极大地提高,在飞行器结构中,由于各阶振型有时会被同时激发,从而产生强烈地宽带随机振动和噪声。上面的电子仪器设备,常常因为这些宽带随机振动和噪声的作用,将会同时激发各阶振型,形成许多共振峰,产生多峰共振。这些共振往往能够引起很大的破坏应力,使结构产生预期之外的损坏,引起仪器设备的失灵,甚致造成飞行失败。为了解决在宽带随机振动和噪声环境下多自由度系统的结构多峰共振响应,应用我们以往在实际工程设计中所采用的大阻尼隔振系统设计技术,虽然尚能满足要求,但是它存在的严重缺点是不能忽视的。例如:体积大、笨重、散热性能差等。因此一种从增加结构阻尼着手,采用结构阻尼减振技术控制振动的方法便提到日程上来了。     

轴压或轴压—弯矩联合试验中轴压均匀性的分析

一前言在运载火箭结构的静力试验中,轴压或轴压—弯矩联合试验的情况是很多的。实现轴压,尤其是实现轴压一弯矩的加载设备,通常是用带有两个侧耳的加力帽、拉杆系统、测力计、作动筒,并连接在承力地板的承力点上,用力源控制作动筒行程实现的(图1)。     

全轴随机振动应力特性及激发效果

针对新型的可靠性强化试验设备-全轴台,对其全轴随机振动的动态特性和激发效果进行研究.基于实测全轴台的随机振动信号,给出数字表征-循环平稳的服从超高斯分布的随机振动,但低频能量不足,并给出了全轴随机振动各轴向振动的相互关系及应力分布.为研究全轴台对电子产品缺陷的激发效果,应用全轴台和电动台对分立元件级电路板,简单数字、模拟的电路板,成熟产品的电路板进行可靠性强化试验,试验结果表明：其对缺陷的激发效果不如电动台,仅当产品的模态频率与全轴台振动频率一致时,才具有较好的激发效果.     

夹杂黏弹性阻尼层的复合材料结构多目标优化设计

黏弹性阻尼层为黏弹性复合材料带来了良好的阻尼性能,但也降低了整个复合结构的强度,两者必须兼具方能满足实际需要。本研究运用高阶位移模式建立损耗因子和强度的计算模型,对黏弹性复合材料结构分别进行单目标和多目标优化。结果表明:改进的遗传算法能够运用于黏弹性复合材料结构的阻尼和强度性能优化中,且多目标优化可以综合考量评价复合结构的阻尼和强度性能。     

管路系统热-振联合环境试验技术研究

管路系统是飞行器发动机的重要组成部分,在工作过程中经受多种热力学和振动环境,必须经过地面试验以考核管路系统的可靠性。热振联合试验就是考核结构件在热及振动环境下可靠性的一种行之有效的方法。本文分析描述了热振动试验中热、压系统及振动系统的组建方法。该试验技术对类似的综合试验具有指导意义。     

圆柱形块壳的动力稳定性

在导弹、火箭的飞行过程中,弹体结构除了承受静载荷外,还承受脉动载荷的作用。本文研究了在轴向静载和脉动载荷联合作用下,圆柱形块壳的动力稳定性问题,给出了结构主要不稳定区域和“联合”共振不稳定区域边界的计算方法,分析了单频脉动轴压、同相位多频脉动轴压和阻尼对结构动力不稳定区域的影响。分析计算结果表明:当使用轴向载荷接近于结构轴压失稳临界载荷时,小的脉动轴向载荷可能导致结构提前失去稳定性,而且失稳模态不同于静力失稳模态。因此,在结构设计中,宜采用载荷频谱图和结构动力不稳定区域图进行结构强度校核和结构可靠性评估。     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小，以结构强度及作动器性态作为约束条件，以作动器电压作为控制变量，建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析，利用线性压电学原理，导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果，实例表明该方法在保证强度的同时，能有效控制结构的节点位移，并可处理任意工况多位移要求的情况，这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。     

北京强度环境研究所完成CZ-2F火箭POGO振动研究

在载人航天的运载火箭第五次飞行中,宇航员报告在一级火箭飞行末秒产生比较强烈的振动。北京强度环境研究所承担了该问题的研究工作。课题组根据飞行振动、输送管路脉动压力的遥测数据分析,认为这种振动的主要原因是产生了液体火箭的燃料输送系统和火箭结构系统动力学耦合的全箭POGO振动。为了证明POGO振动成因,进行了模拟介质和真实介质的输送管路脉动特性试验、全箭纵向模态试验,开展了管路特性计算分析和全箭POGO稳定性分析工作,证明了实际飞行时POG0振动的机理。     

爆燃压力脉冲对火工作动筒结构强度的影响

火工作动筒是利用燃药的爆燃压力作为动力源的火工装置,燃药在燃烧的瞬间会产生一个压力脉冲,这是火工装置中存在的普遍现象,压力脉冲形成的冲击载荷会对作动筒的结构强度产生一定的影响,本文对这种影响进行了分析和试验验证。结果表明对作动筒结构强度产生影响的因素是压力脉冲的幅值和脉冲宽度的积,文章提出了对火工作动筒的强度安全性能的评估方法。