复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题，以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先，推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点，建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型，并进行响应计算，获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线，为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后，对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后，将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明，联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

基于模态法L形工装结构冲击动力学仿真分析

L形工装常用来转接被试结构以实现不同方向的冲击试验。首先通过模态试验获取L形工装固定于振动台状态下的模态频率、模态振型及模态阻尼比,然后建立、修正L形工装有限元动力学模型。在此基础上,采用模态法对L形工装进行冲击响应谱试验的仿真模拟,并根据仿真结果与试验数据的差异对模态阻尼比作进一步的调整。从调整后模型冲击环境下的加速度响应计算值与试验值的对比结果来看:修正后的L形工装动力学模型可以正确预示冲击响应谱试验的响应。最后,通过对在不同位置安装有被试结构的L形工装进行冲击仿真分析,得到结论如下:为避免过试验或欠试验,保证被试结构所承受的冲击响应谱与试验条件一致,建议把控制点移到被试结构安装处。     

采用伪速度冲击响应谱评估蜂窝夹层板破坏边界

采用伪速度冲击响应谱(PVSRS)对航天器蜂窝夹层结构进行了冲击破坏边界评估。目前航天领域常用的冲击响应谱(SRS)是绝对加速度谱(AASRS)，相较于绝对加速度谱，伪速度谱能更清楚地显示出结构在低频、中频和高频段不同的冲击响应特征。分析了弹性力和惯性力在低频、中频和高频段对结构安全性的影响，据此在对数四坐标伪速度谱上给出了相应的结构破坏边界。以一典型蜂窝夹层结构为研究对象，通过有限元分析计算得到的结构破坏边界与伪速度谱给出的结构破坏边界符合得较好。在航天器结构冲击安全性研究领域，本文采用的伪速度谱结构冲击破坏边界是对目前常用的加速度谱方法的一个有益补充。     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明:联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。     

基于模态试验和冲击响应试验的模型动力学参数修正

为通过数值仿真计算方法准确预测冲击响应,基于模态试验和冲击响应试验,对响应板的碰撞冲击过程进行动力学参数修正。模态试验过程,通过响应面优化的方法对响应板的弹性模量、泊松比、厚度参数进行优化,优化后的固有频率计算值相对误差在±2%以内。冲击响应试验过程,冲头冲击高度6.3 cm条件下,对试验和数值仿真的响应谱曲线进行误差评价;基于响应谱各分析频率点均方根误差最小的优化目标,通过曲面拟合得到最优的质量阻尼系数和刚度阻尼系数。动力学参数修正后的模型在3个不同冲击高度条件下的冲击响应谱预测中,大部分频率段的误差在±6 dB以内,显著提高了预示精度。     

冲击响应谱控制系统仿真研究

文章用计算机仿真的方法,进行了用电动振动台实现模拟爆炸冲击环境的冲击响应谱控制方法研究,根据冲击试验规范合成时域波形,分量级转化为驱动信号输入到振动台系统,计算系统响应加速度及冲击响应谱,用波形幅值均衡法对冲击响应谱进行修正,实现冲击响应谱控制.     

太阳翼展开过程中锁定冲击载荷研究（英文）

针对一类典型太阳翼,采用NASTRAN和ADAMS软件建立了太阳翼展开锁定通用分析模型;提出了一种改进的铰链建模方法,能够考虑铰链的所有重要刚度系数;最后,研究了有限元模型导入柔性多体模型的模态数、计算步长、铰链刚度和模态阻尼等参数变化对锁定冲击载荷的影响。通过分析可知,计算时需选取足够多的模态数及足够小的计算步长,还要采用较小模态阻尼,以得到冲击载荷的保守设计值。此外,地面试验得到多组刚度测试结果时,应选取最大刚度试验值,以得到保守结果。研究表明,文章采用的太阳翼展开锁定模型能够得到更准确的冲击载荷结果,并易于实施。     

考虑模态质量耦合的随机振动准静态载荷计算

针对目前模态质量参与法没有考虑模态质量耦合影响而导致模态密集时随机振动准静态载荷计算出现较大误差，从多自由度振动方程出发，利用模态理论和随机谱理论，分析推导出包含模态质量耦合作用的完全模态质量参与法，分析了耦合项的影响规律。此改进的模态质量参与法可用于计算包括密集模态在内的随机振动准静态载荷，并针对模态频率比大于0.95的密集模态给出简化计算公式。以一个算例验证了密集模态的准静态加速度载荷计算。     

固体火箭发动机模态分析中的推进剂建模研究

应用有限元软件Marc建立了某固体发动机有限元计算模型，对其中难以用有限元模型准确描述的推进剂，采用了两种简化建模方法。一种是仅仅考虑推进剂质量，忽略其刚度等属性，将推进剂简化为均匀附加在发动机壳体有限元模型节点上的集中质量；另一种是将推进剂作为几何实体，考虑其质量和刚度，建立推进剂实体模型。模态计算结果与试验比较表明：推进剂的壳体节点集中质量模型，能较好地模拟发动机的弯曲特性，由于忽略了推进剂刚度，对于呼吸振动特性的模拟不太理想；相比之下，推进剂的实体模型，由于同时考虑质量和刚度，对弯曲和呼吸振动特性的模拟较好一些。计算还表明，要逼近高阶振型，需要将推进剂弹性模量修正得更高一些。     

跟踪与数据中继卫星柔性动力学建模

研究了大型跟踪与数据中继卫星动力学建模问题。首先结合模态综合和混合坐标方法介绍了中继卫星柔性动力学一般模型建立过程;根据工程需要重点对所建立的一般动力学模型利用模态综合进行降阶处理,给出了工程实用的低阶动力学模型和各耦合系数的计算表达式;最后通过一个工程实例对模型进行了验证。     

基于模态参数和加速度频响函数的综合模型修正方法研究

文章提出了一种基于模态参数和加速度频响函数的综合动力学模型修正方法.该方法先是利用试验测量所得的模态数据来修正动力学模型的固有频率和振型,然后利用试验测量所得的加速度频响函数对动力学模型进行二次修正,使得修正后模型的固有频率和加速度频响函数与试验测量所得值相一致.该方法综合了模态法和频响函数法,数值算例表明,修正后结果比较理想.     

某发动机整机模态分析

为了获得某型号发动机的动态特性,采用有限元方法进行了发动机整机的模态分析。按照由组件到整机的思想,分别建立了各个组件的有限元模型。重点对推力室和喷管的建模方法进行了分析。将推力室按等效刚度法等效为单层壳,喷管按结构特性等效为正交各向异性壳,并将喷管计算结果同模态试验结果进行对比,验证了喷管建模方法的准确性。各组件模型组装为整机有限元模型,计算得到了整机的模态分布。数值计算结果同模态试验结果吻合较好。     

临近空间高超声速目标跟踪动力学模型

针对临近空间滑跃式高超声速目标(NSHV)跟踪问题，提出一种新型的动力学跟踪模型。首先从动力学方程与横纵向机动样式两个方面分析了NSHV运动特性，将其抽象为滑跃式NSHV气动加速度相关性的一般规律；在此基础上将气动加速度中的阻力与爬升加速度建模为二阶时间相关模型，使其加速度自相关函数同时具备周期性与衰减性，并据此建立了动力学跟踪模型状态方程；此外，为应对有无动力段转换的误差突变问题(有动力的情况)，引入强跟踪滤波进行突变点的滤波补偿。最后通过与不同现有算法比较验证了模型的优 越性 。     

跌落式冲击试验台后峰锯齿冲击数值分析与试验研究

为了降低冲击试验的风险和成本,提高试验效率,文章试图构建跌落式冲击试验台后峰锯齿冲击波形库.首先建立后峰锯齿冲击响应模型并对其进行数值分析;然后设计多种规格的铅锥开展后峰锯齿冲击试验并采集试验谱形数据,完成后峰锯齿冲击波形库的构建;最后依据试验数据对冲击响应模型进行修正,得到加速度峰值以及脉宽与铅锥锥角、跌落高度的关系...     

航天器组件高量级冲击环境的一种评估方法

针对不同冲击响应谱下航天器组件的加速度和应变进行了测量和研究,分析了冲击响应谱频率对冲击力传递的影响,以及组件本身结构频率与冲击力传递的关系,按应变等效准则,提出了一个把组件冲击响应谱转化为冲击试验规范谱的方法。不同冲击响应谱的应变数据验证表明,该方法可以有效地把组件高量级的冲击响应谱转化为低量级的冲击试验规范条件,为航天器组件在高量级冲击下的影响评估和验证提供一条途径。     

应用谐振装置在电动振动台上实现高量级冲击响应谱的仿真研究

为提高电动振动台冲击响应谱试验的试验量级,应用有限元理论建立了电动振动台及附加的谐振装置的动力学模型,在此基础上开展冲击响应谱试验的仿真研究。通过研究振动台动态特性建立了冲击响应谱试验仿真方法,进一步研究了应用谐振装置在振动台上实现高量级冲击响应谱试验的可行性。研究结果表明:使用谐振装置可显著地提高电动振动台实现冲击响应谱试验的能力。     

某动力调谐陀螺挠性接头抗冲击能力分析

挠性接头是动力调谐陀螺中最薄弱的部分，在运输时，外界和弹体自身的振动和冲击不可避免地对挠性接头的薄弱环节造成较大的影响，对接头抵抗冲击能力的研究可以帮助制定储运策略。为了弄清某型动力调谐陀螺的挠性接头承受冲击载荷的能力，论文首先建立了陀螺的离散动力学模型，通过直接积分法得到系统在特定冲击作用下的响应，并根据响应得到挠性结构的变形；然后采用有限元方法计算挠性部分的应力和变形的对应关系，进而获得接头挠性结构处的应力；最后运用累积损伤理论对挠性接头的疲劳寿命进行了估算。结果表明该型陀螺能承受的极限冲击加速度约为150g-180g。     

星箭分离减冲击环结构优化设计

针对星箭分离过程，建立了减冲击环结构模型，并分析了该结构的减冲原理。利用冲击响应谱的时域合成算法计算获得符合冲击谱规范的时域载荷，并以此作为结构优化设计中动力学模型的输入载荷工况。以减冲击环的连续层数、单层支撑块数、连续层厚度、支撑块层高度以及环的外半径和内半径6个结构参数为设计变量，以减冲效果和结构强度、刚度为约束，以质量最轻为目标，建立减冲击环的结构优化设计模型，这是一包含离散变量和连续变量的混合优化问题。为了在跨平台下求解该混合优化问题，采用代理模型策略和自适应模拟退火算法求解，并在最优点处开展结构性能对设计变量的敏度计算，对计算结果进行了分析评估。本研究对强冲击动力学环境下的航天器结构分析与设计有一定的指导意义。     

应用数据挖掘关联技术研究温湿度 对冲击谱试验的影响

冲击谱试验随机性强,难度较大,必须了解环境温度、湿度对试验的影响。通过对数据预处理并建立冲击谱试验评价模型,应用数据挖掘中关联分析方法提取数据背后隐藏的有用知识,获得了温度、湿度对冲击谱试验各个调试因素的影响,并分析了其间存在的某种规律性,找出了适用于冲击谱试验的环境温度、湿度范围。研究结果可为今后的产品冲击环境试验提供有力的技术支持,进一步提高冲击谱试验的试验质量和试验中的产品安全性。     

用模态参数和振动试验数据修正动力学环境模型的研究

文章提出了一种利用模态参数和由振动试验数据求得的频响函数来进行模型修正的方法.在已建立的初步动力学模型的基础上,首先用实测的模态参数对解析模型进行修正,然后再用实测的频响函数修正解析模型的动力学参数,以使修正后的动力学模型中的模态参数和加速度频响函数与实际测量值一致.文章给出了这种方法的数学原理和公式,并通过一个数值模拟实例分析并验证了修正后模型的精确性.